Что такое аккумуляторное хранение энергии и его анализ?
Обзор аккумуляторной батареи для хранения энергии
АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ, также известная как аккумуляторный модуль или аккумуляторный блок, состоит из нескольких отдельных ячеек, соединенных последовательно и/или параллельно, интегрированных с системой управления батареями (BMS) и защитными функциями для формирования независимого перезаряжаемого блока хранения энергии.
В секторе возобновляемой энергетики, такой как солнечная и ветровая энергетика, из-за неравномерности генерации электроэнергии требуются аккумуляторные батареи для хранения избыточной электроэнергии и её выдачи по мере необходимости, обеспечивая стабильное электроснабжение. В связи с быстрым ростом возобновляемой энергетики спрос на аккумуляторные батареи продолжает расти. Например, на крупных солнечных электростанциях аккумуляторная батарея может хранить несколько мегаватт-часов электроэнергии, обеспечивая стабильность сети.
В электромобилях (ЭМ) аккумуляторные батареи служат основным источником энергии, определяя запас хода и производительность транспортного средства. Литий-ионные аккумуляторы в настоящее время являются основным выбором для электромобилей благодаря высокой плотности энергии и длительному сроку службы. Ёмкость высокопроизводительных аккумуляторных батарей для электромобилей может превышать 100 кВт⋅ч, что обеспечивает запас хода более 500 км.
Подводя итог, можно сказать, что аккумуляторные батареи играют важнейшую роль в системах возобновляемой энергетики и электромобилях. Они повышают эффективность использования энергии, снижают зависимость от ископаемого топлива и вносят активный вклад в устойчивое развитие.
1. Проектные соображения и анализ случая
1.1 Ключевые соображения по проектированию
1.1.1 Взрывозащищенная конструкция с использованием клапанов PUW для быстрого сброса давления
При тепловом разгоне литиевых аккумуляторных батарей внутреннее давление резко возрастает, создавая риск взрыва. Взрывобезопасные клапаны PUW обеспечивают быстрый сброс давления, предотвращая катастрофические повреждения. В многочисленных проектах по накоплению энергии аккумуляторные батареи, оснащенные клапанами PUW, успешно предотвращали взрывы при тепловом разгоне, обеспечивая безопасность персонала и оборудования.
1.1.2 Поддержание баланса внутреннего и внешнего давления для обеспечения надежности
Колебания температуры во время циклов зарядки/разрядки приводят к изменению давления внутри аккумулятора. Клапаны PUW обеспечивают вентиляцию, предотвращая попадание воды, и поддерживают внутреннее давление на уровне, соответствующем давлению окружающей среды. Аккумуляторы, разработанные с этой функцией, демонстрируют снижение производительности и повышенную долгосрочную стабильность.
1.1.3 Конструкция системы управления аккумуляторными батареями, обеспечивающая защиту от перезаряда и чрезмерного разряда
Правильно спроектированная система управления аккумуляторными батареями (BMS) критически важна для безопасности, мониторинга и оптимизации производительности. Она контролирует перезаряд, переразряд, перегрев, обеспечивает точность измерений и балансировку элементов. Современные BMS позволяют точно управлять процессами заряда/разряда, минимизируя риски.
1.1.4 Механическая конструкция, учитывающая прочность, вибростойкость и терморегулирование
Ключевые механические характеристики включают прочность, устойчивость к вибрации, нагрев/охлаждение, водонепроницаемость и пылезащиту. Использование высокопрочных материалов и оптимизированных конструкций обеспечивает долговечность при внешних воздействиях, а улучшенное рассеивание тепла продлевает срок службы аккумулятора и повышает производительность.
1.1.5 Водонепроницаемая и антивибрационная конструкция для предотвращения внутренних структурных повреждений
Литиевые элементы, погруженные в жидкость, могут замыкаться, что приводит к непрерывному разряду и внутренним повреждениям. Конструкция аккумуляторных батарей должна обеспечивать надлежащую водонепроницаемость (степень защиты IP) и виброустойчивость, особенно для суровых условий, таких как сейсмические регионы или наружная установка.
1.1.6 Управление температурой для оптимизации производительности и долговечности
Температура — основной фактор, влияющий на структуру и производительность аккумулятора. Избыточный нагрев влияет на внутреннее сопротивление, напряжение, уровень заряда аккумулятора (SOC), доступную ёмкость, эффективность и срок службы. Эффективное терморегулирование, например, воздушное или жидкостное охлаждение, помогает поддерживать оптимальную рабочую температуру.
1.1.7 Выбор материала, обеспечивающего высоковольтную изоляцию и прочность конструкции
Изоляция и механическая прочность имеют решающее значение. Нейлоновые материалы, армированные 5–45% стекловолокна, обеспечивают повышенную прочность на разрыв и вибростойкость, гарантируя безопасную работу под высоким напряжением и надежность конструкции.
1.2 Практические примеры
1.2.1 Конструкция пластины жидкостного охлаждения — характеристики и выбор
Пластины жидкостного охлаждения играют важнейшую роль в управлении температурой. Различные типы пластин обеспечивают компромисс между производительностью и стоимостью. Для высокопроизводительных приложений могут быть выбраны пластины премиум-класса, а для экономически значимых вариантов — более простые решения.
1.2.2 Анализ конструкции модуля накопления энергии LG и PACK
В конструкциях LG четко разграничены энергетические и силовые элементы. В конструкции LG используются стандартизированные небольшие модули, объединенные в более крупные, что обеспечивает гибкость и масштабируемость для различных систем хранения энергии.
1.2.3 Моделирование и экспериментальные исследования теплового расчета ПАК
Передовые исследования сочетают тепловое моделирование с физическими экспериментами для оптимизации тепловой конструкции PACK. Многоцелевые подходы к оптимизации учитывают безопасность, производительность и стоимость, обеспечивая повышение тепловой однородности и надежности системы.
2. Компоненты и технические параметры
2.1 Основные компоненты
2.1.1 Отдельные элементы — накопители энергии
Распространенные типы аккумуляторов включают литий-ионные, свинцово-кислотные и никель-металлгидридные. Литий-ионные аккумуляторы доминируют благодаря высокой плотности энергии и длительному циклу. Свинцово-кислотные аккумуляторы остаются востребованными для недорогих приложений. NiMH ценятся в некоторых сегментах, требующих повышенной безопасности.
2.1.2
Система управления батареями (BMS)
—мониторинг и защита
Система BMS контролирует напряжение, ток, температуру, контролирует заряд/разряд, предотвращает перезаряд, переразряд и перегрузку, а также обеспечивает балансировку. Она также обеспечивает удалённый мониторинг и связь с внешними системами.
2.1.3 Система терморегулирования — поддержание оптимальной температуры
Системы охлаждения (воздушное и жидкостное) поддерживают равномерность температуры в аккумуляторных батареях. Жидкостное охлаждение предпочтительно в системах накопления энергии высокой мощности благодаря более высокой эффективности охлаждения. Типичное требование — разность температур ≤5°C.
2.1.4 Электрическая система — передача и распределение электроэнергии
Электрическая система включает в себя высоковольтную и низковольтную проводку. Высоковольтные кабели служат «артериями» ПАК, а низковольтные — «нервной системой», передавая сигналы и команды управления.
2.1.5 Корпус и структурный каркас — защита и поддержка
Корпус защищает компоненты от механических воздействий, вибрации, воды и пыли. Внутренний каркас обеспечивает структурную целостность и надёжное размещение всех компонентов.
2.2 Технические параметры
2.2.1 Емкость — мера запасенной энергии
Измеряется в А·ч или кВт·ч. Большая ёмкость означает больший запас энергии. Например: аккумулятор ёмкостью 100 кВт·ч может обеспечивать дом электроэнергией в течение нескольких дней.
2.2.2 Плотность энергии — показатель эффективности
Более высокая плотность энергии означает более высокую производительность и меньший вес/объем. Высококачественные литий-ионные аккумуляторы имеют ёмкость более 200 Вт·ч/кг.
2.2.3 Эффективность заряда/разряда — эффективность преобразования энергии
Литиевые аккумуляторы обычно достигают эффективности более 90%. Более высокая эффективность снижает потери энергии и эксплуатационные расходы.
2.2.4 Циклический срок службы — долговечность
Литиевые аккумуляторы высшего класса рассчитаны на тысячи и десятки тысяч циклов в зависимости от химического состава и области применения.
2.2.5 Безопасность — защита и терморегулирование
Безопасность включает защиту от перезаряда, переразряда, короткого замыкания и предотвращение теплового разгона. Некоторые аккумуляторы PACK оснащены системами пожаротушения, такими как огнетушащие вещества FK-6.
3. Процесс проектирования и аналитические методы
3.1 Процесс проектирования
3.1.1 Выбор и оценка клеток
Элементы должны быть протестированы и оценены на соответствие ёмкости, внутреннему сопротивлению и напряжению. Согласно статистике, тестирование и оценка большого количества элементов аккумулятора позволяют гарантировать стабильность производительности и качества более 98%. После оценки ёмкости аккумулятора
машина для сортировки литий-ионных аккумуляторов
а напряжение и внутреннее сопротивление батареи оцениваются по
машина для сортировки литиевых элементов
элементы батареи можно классифицировать и хранить в соответствии с различными уровнями производительности, подготавливая их к последующим сборочным работам.
3.1.2 Сборка и подключение ячеек
Ячейки соединяются сваркой или методом сжатия. Лазерная сварка широко используется благодаря своей точности, малой зоне термического влияния, низкому сопротивлению и возможности сварки различных материалов.
3.1.3 Интеграция BMS
Интеграция BMS обеспечивает мониторинг, связь, балансировку и защиту. Правильная калибровка и тестирование имеют решающее значение для надежности PACK.
3.1.4 Герметизация корпуса и тепловые характеристики
Корпуса, часто изготавливаемые из алюминиевого сплава, должны обладать высокой механической прочностью, отводом тепла и защитой от воздействия окружающей среды. Правильный монтаж предотвращает вибрацию и обеспечивает стабильную работу.
3.1.5 Системное тестирование и контроль качества
Испытания включают в себя испытания на производительность, ёмкость, срок службы и безопасность (перезаряд, короткое замыкание, удар). Строгие испытания гарантируют соответствие проектным характеристикам.
3.2 Аналитические методы
3.2.1 Понимание определения PACK
ПАК формируется путём последовательного/параллельного соединения нескольких ячеек и интеграции механических, тепловых и электрических систем. Ключевые технологии включают в себя проектирование конструкции, сварку, класс защиты и активное охлаждение.
3.2.2 Понимание компонентов PACK
Компоненты включают в себя клеточные модули, электрические системы, терморегулирование, корпус и СУЗ — каждый из которых выполняет основные функции, аналогичные функциям человеческого сердца, нервов, скелета и мозга.
3.2.3 Понимание характеристик ПАК и требований к проектированию
Для аккумуляторных батарей требуется высокая однородность элементов, правильное соответствие напряжения и емкости, сбалансированная зарядка и мониторинг тока, напряжения и температуры.
3.2.4 Конфигурация ПАК и методы изготовления
Последовательное соединение увеличивает напряжение, параллельное — ёмкость. Распространенные методы сварки включают лазерную, ультразвуковую, импульсную и упругую металлическую сварку. Такие модели, как 1П24С, представляют собой 24 последовательных и 1 параллельный элемент.
3.2.5 Понимание характеристик производительности PACK
Номинальное напряжение = напряжение элемента × количество рядов.
Номинальная энергия = емкость × напряжение.
Срок службы и эффективность определяют долгосрочную производительность.
Функции безопасности включают в себя защиту и терморегулирование.
В условиях глобального перехода на чистую энергию аккумуляторные батареи стали важнейшей опорой для создания энергосистем будущего. В условиях стремительного роста мощностей возобновляемой энергетики и роста популярности электромобилей спрос на решения для накопления энергии стремительно растёт. Области применения стремительно расширяются — от ограничения пиковой нагрузки для предприятий и домохозяйств до регулирования частоты сети и резервного питания, что делает перспективы этого сектора исключительно радующими.
Для тех, кто выходит на рынок литиевых аккумуляторов и планирует производить блоки накопления энергии, основными проблемами остаются: как быстро наладить безопасные и надежные производственные линии, поддерживать единообразие продукции и контролировать как инвестиционные затраты, так и время производства.
Как производитель с более чем 15-летним опытом работы в отрасли оборудования для литиевых аккумуляторов, мы глубоко понимаем проблемы наших клиентов и предлагаем вам профессиональные решения.
Эйси Новая Энергия
специализируется на поставках полного производственного оборудования и комплексных решений для
линия по производству литий-ионных аккумуляторов
От ячейки до готового продукта — мы предлагаем решения, адаптированные для новичков в области хранения энергии с использованием литиевых аккумуляторов. Мы обеспечиваем надежную техническую поддержку и эффективные, стабильные производственные системы, будь то планирование производственной линии, интеграция оборудования или ключевые этапы, такие как сборка модулей, лазерная сварка, интеграция BMS и финальные испытания. Наша цель — помочь нашим клиентам быстро наращивать производственные мощности, эффективно стартовать и использовать возможности развивающегося рынка хранения энергии.
На данный момент мы разработали
более 150 решений
и экспортирован в
более 40 стран
Мы искренне приветствуем клиентов со всего мира и надеемся стать вашим профессиональным и надежным партнером для совместного создания лучшего будущего.
