48 В литий-иондық аккумулятордың энергиялық түрлендіруде қаншалықты тиімді?

48 В литий-иондық аккумуляторлық жүйелердегі толық циклдық тиімділікті түсіну

48 В литий-иондық аккумулятор үшін толық циклдық тиімділік (RTE) нені өлшейді?

Дөңгелек жолдағы пайдалы әсер коэффициенті (RTE) көрсеткіші бізге 48 В литий-ионды аккумулятордың қуатты сақтау және керек болған кезде оны қайтадан беру қабілеті қандай екенін көрсетеді. Негізінде бұл көрсеткіш бір толық зарядтау және разрядтау циклы кезінде ішіне кірген энергияға қатысты шығатын пайдалы энергия мөлшерін бағалайды. Аккумуляторлар пайдалы әсер коэффициентін жоғалтқанда, олардың ішінде бірнеше үдеріс жүреді. Әрбір элементте әрқашан ішкі кедергі болады, сонымен қатар олар жоғары жүктемеде жұмыс істеген кезде қызады, сондай-ақ химиялық реакциялар да әдетте идеалды өтпейді. Қазіргі кезде көптеген жаңа 48 В литийлік жүйелердің RTE көрсеткіші шамамен 90–95 пайызға тең. Бұл әрбір циклда зарядтау-разрядтау процесі кезінде энергияның 5–10 пайызы шығынға ұшырайтынын білдіреді. Ақшалай тұрғыдан алғанда, тіпті незақымды жақсартулар да өте маңызды. АҚШ Энергетикалық дәрежесінің 2023 жылғы «Сақтау технологиялары» туралы бағалау есебінде жарияланған зерттеулерге сәйкес, RTE көрсеткішін бес пайызға арттыру әрбір фабрика мен қоймада қолданылатын аккумулятор үшін жыл сайын шығынға ұшырайтын электр энергиясын шамамен 250 киловатт-сағатқа дейін азайтуға мүмкіндік береді.

Салыстырмалы талдау: 90–95% айналымдық электрлік пайдалану коэффициенті (АЭПК) — қорғасын-қышқылды аккумуляторлармен салыстырғанда (70–80%) және оның маңызы

Литий-ионды технология энергияны түрлендіру тиімділігі бойынша қорғасын-қышқылды аккумуляторларды әлдеқайда асып түседі:

Осы 15–25 пайыздық айырма нақты артықшылықтар береді:

• Энергияға жұмсалатын шығындар төмендеуі : АЭПК-і 95% болатын жүйе бірдей шығыс көрсеткіші үшін АЭПК-і 80% болатын қорғасын-қышқылды аналогына қарағанда электр торабынан шамамен 20% аз қуат тартады
• Ұзартылған қызмет мерзімі : Төмендетілген жылу бөлінуі элементтер мен қосымша электрондық компоненттердің деградациялануын баяулатады
• Шығындарды кеміту : Жоғары тиімділік жыл сайын батареясына шаққанда 1,2–1,8 тоннаға аз CO₂ шығарылуын қамтамасыз етеді (Халықаралық Энергетикалық Агенттігі, Қайта қалыптастырылатын энергия көздерін интеграциялау туралы есеп , 2023)

Бұл артықшылықтар АЭПК-ті миссиялық маңызы жоғары немесе жоғары циклды қолданыстағы жобалар үшін ROI (инвестициялардың қайтарымдылығы) модельдеуіндегі шешуші факторға айналдырады.

48 В литий-иондық аккумулятордың әсерлілігін төмендететін жұмыс жағдайлары

Төмен температураның әсері: 10°C-тан төменде әсерліліктің 15%-дан астамын жоғалту

Температура 10 градус Цельсийден төмендеген кезде 48 вольттық литий-иондық аккумуляторлар иондардың қозғалысы баяулап, ішкі кедергі артқаннан кейін шамамен 15 пайызға дейін өзінің толық циклдық пайдалы әсер коэффициентін жоғалтады. Температура минус он градус Цельсийге дейін түскен кезде аккумулятордың сыйымдылығы 25 градус Цельсийдегі қалыпты жұмыс істеу шарттарына қарағанда 30 пайыздан астамырақ азаяды. Литий-иондық аккумуляторлар осы суық температурада қорғасын-қышқылдық аккумуляторларға тән емес проблемаларға ұшырайды. Біз электродтарда литийдің қабатталуы пайда болуын, электролиттің қойылуы мен жұмыс істеуге қиындық туғызуын бақылаймыз. Бұл проблемалар аккумулятордың зарядталуы мен разрядталуының жылдамдығын баяулатады, сонымен қатар аккумулятордың тез жетілуіне де әкеледі. Торға қосылмаған күн энергиясын пайдаланатын адамдар үшін, қарлы аймақтардағы электрлік көліктер үшін немесе сенімді қуат шығысын қажет ететін авариялық резервтік жүйелер үшін бұл өте маңызды. Осындай жағдайларда жылулық басқару – бұл тек қана қосымша қажеттілік емес, егер кім болса да аккумуляторларының жарияланған сипаттамалары бойынша жұмыс істеуін қаласа, міндетті түрде қажет.

Жоғары C-дәрежелі разрядтың ішкі кедергі мен жылу шығынына әсері

Батареялар 1C-тен асатын жылдамдықпен разрядталған кезде кернеу тез төмендейді және омдық жылулық әсерлері маңызды болады. Сақталған энергияның шамамен 20%-ы пайдалы қуатқа айналмай, қосымша жылу ретінде жоғалады. Пайда болған жылу жиналуы электродтардың тозуын жеделдетеді және уақыт өте келе батареяның сыйымдылығының тұрақты түрде төмендеуіне әкеледі. Қайталанатын жылдам зарядтау циклдары катод құрылымдарына және қатты денелер мен электролиттер арасындағы өте сезімтал шекараларға қосымша кернеу тудырады, нәтижесінде көптеген зарядтау-разрядтау циклдарынан кейін батареяның жұмыс істеу сапасы төмендейді. Жоғары жүктеме кезінде 90%-дан астам ПӘК-ті сақтауды көздейтін жүйелер үшін инженерлер қатты жылу басқару шешімдерін қолданумен қатар ақылды жүк теңестіру стратегияларын да енгізуі керек. Батареяны басқару жүйелері (BMS) осы жерде де маңызды рөл атқарады: олар ішкі кедергідегі қатты өсулерді үнемі бақылайды, сондықтан олар қауіпті жылулық тізбектің басқарылмай қалуына дейін уақытылы араласады.

48 В литий-иондық аккумулятордың тиімділігін жүйелік деңгейде оптимизациялау

BMS интеллекті: Нақты уақытта теңестіру, жылу басқаруы және тиімділікті сақтау

48 В литий-иондық жүйелер үшін сапалы Аккумуляторды басқару жүйесі (АБЖ) Қайта қолданылатын энергия коэффициентін (ҚҚЭ) қабылданатын деңгейде ұстауда маңызды рөл атқарады. Бұл жүйе жеке элементтердің кернеуін, температурасын және токтың ағысын үнемі бақылайды, осылайша элементтерді динамикалық теңестіреді; бұл элементтердің сәйкессіздігінен туындайтын энергия шығынын болдырмаған. Температураны бақылау – тағы бір негізгі қызмет. Температураны 20–30 °C аралығында ұстаса, АБЖ температура 10 °C төмендеген кезде пайда болатын қатты ҚҚЭ шығындарын болдырмайды; мұндай жағдайда пайдалы әсер коэффициенті әдетте 15%-дан асады. Зарядтау мен разрядтауды нақты уақытта реттеу кедергілік шығындарын және гистерезис деп аталатын күрделі кернеу ығысуын азайтады. Бұл қызметтің маңызы – АБЖ астар зарядтау, терең разрядтау және қатты ток шығысы сияқты қауіпті жағдайларды болдырмайды; бұл жағдайлар энергияны түрлендіру пайдалы әсер коэффициентін бавырлап жойып отырады. Бұл қорғаныс шаралары аккумулятордың алмастырылуға дейінгі қызмет ету мерзімін ұзартып қана қоймайды, сонымен қатар оның жұмыс істеу өмірі бойы ҚҚЭ көрсеткішінің тұрақтылығын қамтамасыз етеді.

Химиялық салыстыру: 48 В литий-ионды аккумуляторлар үшін энергия айналымында LiFePO₄ және NMC

Циклдық тұрақтылығы, кернеу тұрақтылығы және ішкі кедергілердің арасындағы шешім

Таңдалған химиялық құрам RTE-нің 48 В жүйелерінде қалай өзгеретінін анықтайды. Мысалы, LiFePO4 (LFP) қарастырыңыз. Бұл материал өзінің тұрақты оливин кристалдық құрылымы арқасында мыңдаған циклдан кейін өз сыйымдылығының 80%-дан астамын сақтай отырып, әдемі циклдық тұрақтылық көрсетеді. Оның әрбір элементі үшін кернеу деңгейі төмен — шамамен 3,2 В, бірақ бұл белгілі бір қолданыстар үшін нақты жақсы жұмыс сипаттамаларына әкеледі. Энергия тығыздығы шамамен 90–120 Вт·сағ/кг болғандықтан, ерекше әсер етпейді, бірақ LFP-ны ерекшелейтін нәрсе — жүктеме кезінде тұрақты қуат шығысын сақтау қабілеті мен ішкі қызу проблемаларына төзімділігі. Ал NMC аккумуляторлары әрбір элементі үшін 3,6–3,7 В аралығындағы кернеумен және 150–250 Вт·сағ/кг аралығындағы маңызды жоғары энергия тығыздығымен көбірек қуат береді. Дегенмен, бұл артықшылықтар бағасын талап етеді. Көптеген NMC элементтері тезірек тозады және өмір сүру ұзақтығы 1000–1500 цикл аралығында аяқталады. Сонымен қатар, олар кобальт компоненттерінен туындайтын кедергінің артуы мен температура өзгерістеріне сезімталдығының артуы салдарынан ұзақ мерзімді жоғары қуатты разрядтау кезінде LFP-ға қарағанда RTE-нің 3–5% төмен болуын көрсетеді. Сондықтан біз ұзақ мерзімді сенімділік компактты өлшемге қарағанда маңызды болатын стационарлық орнатуларда, мысалы, күн энергиясын сақтау жүйелерінде LFP-ның басымдығын бақылаймыз. Ал әр грамм маңызды болатын портативті құрылғылар үшін өндірушілер әлі де NMC-ны қолдануды ұсынады.

Сұрақтар мен жауаптар бөлімі

Аккумуляторлардағы толық циклдық пайдалану коэффициенті (RTE) дегеніміз не?

Толық циклдық пайдалану коэффициенті (RTE) — бұл аккумулятордың толық зарядтау-разрядтау циклы кезінде оған берілген энергияға қатысты қанша пайдалы энергия беретінін көрсететін көрсеткіш.

RTE литий-ионды аккумуляторлар үшін неге маңызды?

RTE маңызды, себебі ол энергия шығындарын, аккумулятордың қызмет ету мерзімін және шығарылатын зиянды заттардың мөлшерін әсер етеді; сондықтан ол жоғары тиімділік пен көп цикл қажет ететін қолданыстарда инвестициялардың қайтарымын бағалауда өте маңызды.

Температура литий-ионды аккумуляторлардың тиімділігіне қалай әсер етеді?

Төмен температурада тиімділік белгілі дәрежеде төмендейді: 10°C-тан төмен температурада ішкі кедергінің артуы мен иондардың қозғалысының баяулауы салдарынан шығындар 15%-дан асады.

Аккумуляторды басқару жүйесі (BMS) аккумулятордың тиімділігін оптимизациялауда қандай рөл атқарады?

BMS аккумулятордың тиімділігін оптимизациялайды: элементтердің кернеуін бақылайды, температураны реттейді, зарядтау/разрядтауды нақты уақытта реттейді және тиімділікті төмендетуге қабілетті зақымдануды болдырмауға көмектеседі.