Koliko je 48V litijum-jonska baterija učinkovita u pretvaranju energije?

Razumijevanje učinkovitosti povratnog putovanja u 48-voltnim litijum-jonskim baterijskim sustavima

Što mjere učinkovitost povratnog putovanja (RTE) za 48V litijum-jonsku bateriju

Metrika RTE (Rund Trip Efficiency) nam govori koliko je 48-voltna litij-jonska baterija dobra u pohranjivanju energije i zatim joj daje natrag kada je potrebna. U osnovi, to gleda koliko korisne energije izlazi u usporedbi s onim što je ušao tijekom jednog potpunog ciklusa punjenja i pražnjenja. Kad baterije izgube učinkovitost, unutar njih se događa nekoliko stvari. Uvijek postoji otpor unutar samih stanica, plus imaju tendenciju da se zagreju dok naporno rade, i postoje one dosadne kemijske reakcije koje jednostavno ne idu savršeno. Danas, većina novijih 48V litijum sustava upravlja oko 90 do 95 posto RTE. To ostavlja između 5 i 10 posto energije koja ide niz odvod svaki put kada se ciklus kroz punjenja. S financijskog stajališta, čak i mala poboljšanja znače puno. Prema istraživanju koje je objavilo američko Ministarstvo energetike u izvješću o procjeni tehnologije skladištenja iz 2023. godine, povećanje RTE-a za samo pet bodova moglo bi smanjiti potrošenu struju za oko 250 kilowatts sati godišnje za svaku bateriju koja se koristi u tvornicama i skladištima diljem zemlje.

U skladu s člankom 3. stavkom 1.

Litijum-jonska tehnologija znatno nadmašuje olovo-kiselinu u učinkovitosti pretvaranja energije:

U skladu s člankom 3. stavkom 1.

• Niži troškovi energije u slučaju da je proizvodnja električne energije u skladu s člankom 4. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, u skladu s člankom 4. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, u skladu s člankom 4. točkom (b) ovog članka, u skladu s člankom 4. točkom (c) ovog članka, može se upotrebljavati samo
• Produženi vijek služenja : Smanjena proizvodnja topline usporava razgradnju ćelija i elektroničke opreme
• Smanjene emisije u skladu s člankom 1. stavkom 1. ovog članka, u skladu s člankom 2. stavkom 1. Izvješće o integraciji obnovljivih izvora energije , 2023)

U skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) Uredbe (EU) br. 1303/2013 Komisija je odlučila o uvođenju mjera za utvrđivanje povratnih obveza u skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) Uredbe (EU) br. 1303/2013.

Radni uvjeti koji smanjuju učinkovitost 48-voltnih litij-jonskih baterija

Uticaj na niske temperature: > 15% gubitak učinkovitosti ispod 10°C

Kada temperatura padne ispod 10 stupnjeva Celzijusa, 48-voltne litij-jonske baterije počinju gubiti oko 15 posto svoje učinkovitosti u povratku jer se ioni kreću sporije i unutarnji otpor raste. Stvari postaju još gore kada padne na minus 10 stupnjeva Celzijusa, gdje se kapacitet baterije može smanjivati za više od 30 posto u usporedbi s normalnim radnim uvjetima na 25 stupnjeva Celzijusa. Litijum-jonske baterije se suočavaju s problemima koje olovni akumulatori nemaju na ovim hladnim temperaturama. Vidimo probleme poput litije koje se formira na elektrodama i elektrolita postaje deblji i teži za rad. Ovi problemi usporavaju punjenje i pražnjenje baterije, a također ubrzavaju starenje baterije. Za ljude koji se oslanjaju na solarne panele bez priključenja na mrežu, električna vozila u snježnim područjima ili hitne rezervne sustave kojima je potreban pouzdan izlaz energije, to je jako važno. Termalno upravljanje nije samo nešto lijepo u ovim situacijama, to je apsolutno neophodno ako netko želi da njegove baterije rade kako je reklamo.

Uticaj visokog C-rate pražnjenja na unutarnji otpor i gubitak topline

Kada se baterije prazne brzinom većom od 1°C, doživljavaju brz pad napona zajedno s značajnim ohmskim efektima grijanja. Oko 20% pohranjene energije izgublja se kao otpadna toplina umjesto da se pretvori u stvarnu upotrebljivu energiju. Zbog toga se toplina ubrzava razgradnja elektroda i s vremenom dovodi do trajnog gubitka kapaciteta baterije. Ponavljajući ciklusi brzog punjenja dodatno opterećuju strukture katoda i one osjetljive interfecije između čvrstih tvari i elektrolita, što na kraju utječe na to koliko dobro baterija radi nakon mnogih ciklusa punjenja i pražnjenja. Za sustave koji imaju za cilj održavati učinkovitost veću od 90% tijekom razdoblja najviše potražnje, inženjeri moraju implementirati čvrsta rješenja za upravljanje toplinom uz pametne strategije uravnotežavanja opterećenja. Baterijski sustavi upravljanja igraju ključnu ulogu i ovdje, stalno nadgledaju nagle povećanja unutarnjeg otpora kako bi mogli intervenirati prije nego stvari izmaknu kontroli prema opasnim toplinskim uvjetima.

Optimizacija učinkovitosti 48V litijum-jonskih baterija na razini sustava

BMS inteligencija: Ravnotežavanje u stvarnom vremenu, upravljanje toplinom i očuvanje učinkovitosti

U slučaju 48V litij-jonskih sustava, kvalitetan sustav upravljanja baterijama (BMS) igra ključnu ulogu u održavanju povratne energije (RTE) na prihvatljivoj razini. Sustav stalno prati napetost, temperaturu i struju pojedinih stanica kako bi dinamički uravnotežio stanice, što zaustavlja gubitak energije uzrokovanom neusklađenjem stanica. Kontrola temperature je još jedna ključna funkcija. Kada se održava unutar slatke točke od 20-30 stupnjeva Celzijusa, BMS može spriječiti one značajne gubitke RTE-a koji se događaju kada temperature padaju ispod 10 stupnjeva Celzijusa, gdje se učinkovitost obično smanjuje za više od 15%. Prilagođavanje punjenja i pražnjenja u realnom vremenu pomaže u smanjenju gubitaka otpora i onih lukavih promjena napetosti koje nazivamo histerezom. Ono što to čini stvarno važnim je kako BMS zaustavlja opasne situacije poput prepunjenja, dubokih pražnjenja i iznenadnih vrhunaca struje koji polako uništavaju učinkovitost pretvaranja. Te zaštite ne samo da produžavaju trajanje baterije prije nego što je potrebno zamijeniti, već i osiguravaju dosljednu RTE izvedbu tijekom cijelog operativnog života.

Primjer kemije: LiFePO4 vs. NMC za 48V pretvaranje energije litijum-jonske baterije

U slučaju da se radi o električnoj jedinici, to je moguće samo ako se radi o električnoj jedinici koja je u skladu s standardnim zahtjevima.

Odabrana kemija igra glavnu ulogu u ponašanju RTE-a u 48V sustavima. Uzmimo LiFePO4 (LFP) na primjer. Ovaj materijal pokazuje izvanrednu stabilnost ciklusa, zadržavajući više od 80% svog kapaciteta čak i nakon tisuća ciklusa zbog stabilne olivinske kristalne strukture. Iako ima niži nominalni napon od oko 3,2 volta po ćeliji, to zapravo rezultira boljim karakteristikama performansi za određene primjene. Energijska gustoća nije tako impresivna, oko 90 do 120 Wh/kg, ali ono što čini LFP istaknutim je njegova sposobnost da zadrži konzistentnu izlaznu snagu i odolije unutarnjim problemima grijanja pod opterećenjem. S druge strane, NMC baterije imaju više snage s napetostima u rasponu od 3,6 do 3,7 volti po ćeliji i pružaju znatno veću gustoću energije između 150 i 250 Wh/kg. Međutim, te prednosti imaju svoju cijenu. Većina NMC stanica ima tendenciju brže se razgraditi, dostižući svoj kraj života negdje između 1.000 i 1.500 ciklusa. Također pokazuju oko 3 do 5% lošiju RTE u usporedbi s LFP tijekom dugotrajnog pražnjenja velike snage, uglavnom zbog povećane otpornosti kobaltnih komponenti i veće osjetljivosti na promjene temperature. Zato vidimo kako LFP preuzima u stacionarnim instalacijama kao što su solarni skladišni sustavi gdje je dugoročna pouzdanost važnija od kompaktne veličine. U međuvremenu, proizvođači još uvijek preferiraju NMC za prenosne uređaje gdje svaki gram računa.

FAQ odjeljak

Što je povratna učinkovitost (RTE) u baterijama?

U skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) Uredbe (EU) br. 528/2012 i člankom 3. stavkom (b) Uredbe (EU) br. 528/2012

Zašto je RTE važan za litij-jonske baterije?

U skladu s člankom 3. stavkom 1. stavkom 2. točkom (a) Uredbe (EZ) br. 765/2008 Komisija je odlučila o uvođenju mjera za utvrđivanje vrijednosti za električnu energiju u skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) Uredbe (EZ) br. 765/2008 i u skladu s člankom 3. točkom

Kako temperatura utječe na učinkovitost litijum-jonskih baterija?

Niže temperature mogu značajno smanjiti učinkovitost, s gubitkom od preko 15% ispod 10 °C, zbog povećanog unutarnjeg otpora i sporijeg pokreta iona.

Koju ulogu ima sustav upravljanja baterijama (BMS) u optimizaciji učinkovitosti baterije?

BMS optimizuje učinkovitost upravljanjem naponima ćelije, temperiranjem temperature, pravljenjem prilagodbi punjenja/izbacivanja u stvarnom vremenu i sprečavanjem oštećenja koje bi moglo naštetiti učinkovitosti.