أخبار الصناعة
يعمل نظام تخزين طاقة البطارية عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية مخزنة بالداخل خلايا بطارية تخزين الطاقة ومن ثم تحويلها مرة أخرى إلى كهرباء قابلة للاستخدام عند الطلب من خلال نظام إدارة البطارية ونظام تحويل الطاقة والعاكس. أثناء الشحن، يتم تحويل طاقة التيار المتردد الواردة من الشبكة أو المصفوفة الشمسية إلى تيار مستمر ودفعها إلى الخلايا، حيث يقوم تفاعل كيميائي بتخزين تلك الطاقة. أثناء التفريغ، ينعكس التفاعل، وتطلق الخلايا الطاقة المخزنة كطاقة تيار مستمر، ويقوم العاكس بتحويلها مرة أخرى إلى تيار متردد لاستخدامها بواسطة الأجهزة أو المعدات أو الشبكة.
يقوم باقي هذا الدليل بتقسيم النظام إلى مكوناته الأساسية، ويشرح كيفية القيام بذلك خلايا بطارية تخزين الطاقة يتم تجميعها في وحدات وحزم، وتغطي العوامل العملية التي تحدد مدى جودة أداء نظام تخزين طاقة البطارية طوال فترة خدمته.
المكونات الأساسية التي تشكل نظام تخزين طاقة البطارية
نظام تخزين طاقة البطارية ليس جهازًا واحدًا، بل مجموعة منسقة من الأجهزة وبرامج التحكم. كل طبقة لها وظيفة مميزة، ويعمل النظام فقط بالإضافة إلى أضعف حلقاته.
خلايا بطارية تخزين الطاقة
الخلية هي لبنة البناء الأساسية حيث يحدث تخزين الطاقة الكيميائية الفعلي. أصبح فوسفات حديد الليثيوم، والمختصر عادة LFP، هو الاختيار الكيميائي السائد للتخزين الثابت بسبب ثباته ودورته الطويلة مقارنة بالكيمياء القديمة المعتمدة على النيكل.
وحدات البطارية وحزمها
يتم توصيل الخلايا الفردية في ترتيبات متسلسلة ومتوازية لتكوين وحدات، ثم يتم دمج الوحدات في حزم للوصول إلى الجهد والسعة التي يتطلبها المشروع. يتيح هذا الهيكل متعدد الطبقات للمصنعين توسيع نطاق نفس تصميم الخلية الأساسية بدءًا من وحدة سكنية صغيرة وحتى نظام صناعي بحجم الحاوية.
نظام إدارة البطارية
يقوم نظام إدارة البطارية، والذي يتم اختصاره عادةً إلى BMS، بتتبع الجهد والتيار ودرجة الحرارة بشكل مستمر عبر كل خلية في العبوة. إنه يحمي النظام عن طريق إيقاف الشحن أو التفريغ إذا تحركت الخلية خارج الحدود الآمنة، كما أنه يوازن مستويات الشحن عبر الخلايا بحيث لا يتم تشغيل خلية واحدة بشكل زائد بينما تظل الخلايا الأخرى غير مستغلة بشكل كافٍ.
نظام تحويل الطاقة والعاكس
يدير نظام تحويل الطاقة تدفق الطاقة بين حزمة البطارية والدائرة الكهربائية الخارجية، بينما يتولى العاكس التحويل بين طاقة التيار المستمر المخزنة في الخلايا وطاقة التيار المتردد التي تستخدمها المنازل أو المصانع أو الشبكة.
الإدارة الحرارية
تولد خلايا البطارية حرارة أثناء الشحن والتفريغ، ويجب إزالة هذه الحرارة بالتساوي لمنع الشيخوخة المبكرة. تعمل التصميمات المبردة بالهواء على توزيع الهواء المحيط أو المكيف عبر العبوة، بينما تقوم التصميمات المبردة بالسائل بتدوير سائل التبريد من خلال ألواح أو أنابيب محكمة الغلق على اتصال مباشر بالخلايا، والتي تحمل عمومًا درجة حرارة أكثر إحكامًا عبر العبوة من تبريد الهواء وحده.
اتباع مسار الطاقة من خلال دورة الشحن والتفريغ الكاملة
إن فهم نظام تخزين طاقة البطارية هو الأسهل من خلال تتبع ما يحدث للكهرباء أثناء تحركها عبر النظام في كل اتجاه.
- تصل طاقة التيار المتردد الواردة من الشبكة أو المولد أو العاكس الشمسي إلى نظام تحويل الطاقة.
- يقوم نظام تحويل الطاقة بتصحيح طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر مناسبة لشحن حزمة البطارية.
- يقوم نظام إدارة البطارية بتوجيه تيار الشحن إلى الوحدات أثناء مراقبة كل خلية للحفاظ على الجهد ودرجة الحرارة ضمن حدود التشغيل الآمنة.
- تبقى الطاقة المخزنة في الخلايا حتى يتم تشغيل أمر التفريغ، إما عن طريق برنامج مجدول، أو إشارة الشبكة، أو اكتشاف انقطاع التيار الكهربائي.
- أثناء التفريغ، تطلق الخلايا طاقة التيار المستمر، والتي تمر مرة أخرى عبر نظام تحويل الطاقة والعاكس ليتم تحويلها إلى طاقة تيار متردد قابلة للاستخدام للحمل المتصل.
لماذا تحدد كيمياء الخلية الأداء في العالم الحقيقي؟
ليس كل شيء خلايا بطارية تخزين الطاقة تتصرف بنفس الطريقة بمجرد تركيبها، وتظهر الاختلافات الكيميائية مباشرة في دورة الحياة، وهامش الأمان، والقدرة القابلة للاستخدام.
| الكيمياء | دورة الحياة إلى سعة 80 بالمائة | عمق التفريغ النموذجي |
|---|---|---|
| LiFePO4 (LFP) | 4000 إلى 6000 دورة | 80 إلى 90 بالمائة |
| إن إم سي ليثيوم أيون | 1500 إلى 2500 دورة | 70 إلى 85 بالمئة |
| حمض الرصاص | 300 إلى 700 دورة | 50 بالمئة |
تقدم خلايا LFP بشكل عام ضعفًا تقريبًا إلى ثلاثة أضعاف عمر دورة خلايا NMC قبل أن تصل إلى 80 بالمائة من سعتها الأصلية، وهذا هو السبب الرئيسي وراء تحول LFP إلى الخيار الافتراضي لتخزين الطاقة الثابتة بدلاً من التطبيقات ذات كثافة الطاقة العالية مثل السيارات الكهربائية حيث لا تزال NMC تتمتع بالميزة.
تبريد الهواء مقابل التبريد السائل داخل حزمة البطارية
إن تصميم الإدارة الحرارية له تأثير مباشر على مدى ثبات أداء نظام تخزين طاقة البطارية طوال العمر الافتراضي، حيث أن الحرارة غير المتساوية عبر العبوة تتسبب في تدهور بعض الخلايا بشكل أسرع من غيرها.
كيف يعمل التبريد السائل على تحسين الاتساق
يقوم نظام التبريد السائل بتدوير سائل التبريد من خلال ألواح أو أنابيب محكمة الغلق تبقى على اتصال حراري مباشر مع كل خلية أو وحدة، مما يسحب الحرارة بعيدًا بالتساوي بدلاً من الاعتماد على تدفق الهواء الذي يمكن أن يترك جيوبًا من الخلايا أكثر دفئًا من غيرها. يمكن للتبريد السائل أن يحافظ على درجة الحرارة المنتشرة عبر حزمة البطارية في حدود 3 درجات مئوية تقريبًا، مقارنة بانتشار يتراوح بين 8 إلى 15 درجة مئوية الشائع في التصميمات المبردة بالهواء.
لماذا يهم الفرق على مدى سنوات من التشغيل
يعني انتشار درجة الحرارة الأكثر إحكامًا أن عمر الخلايا الموجودة داخل العبوة أقرب إلى نفس المعدل، مما يقلل من احتمالات فشل الخلايا الفردية المبكر ويساعد العبوة الإجمالية على الاحتفاظ بالقدرة القابلة للاستخدام لفترة أطول. يصبح هذا الاتساق مهمًا بشكل خاص مع نمو حجم المشروع نحو تركيبات ميجاوات/ساعة وجيجاوات/ساعة، حيث تتضاعف قيمة عمر الخدمة الممتد عبر استثمار رأسمالي أكبر بكثير.
كيف يغير مقياس النظام أولويات التصميم
تدعم نفس تقنية الخلايا الأساسية فئات منتجات مختلفة تمامًا بمجرد زيادة حجمها أو تقليلها، وتتغير الأولويات اعتمادًا على مكان وجود النظام في هذا النطاق.
| مقياس النظام | نطاق السعة النموذجية | أولوية التصميم الأساسية |
|---|---|---|
| سكني | 5 إلى 20 كيلووات ساعة | بصمة مدمجة، تشغيل هادئ، تركيب بسيط |
| خزانة تجارية وصناعية | 200 إلى 400 كيلووات ساعة | حلاقة الذروة، المتانة في الهواء الطلق، غلاف مصنف IP |
| المرافق ومقياس ميجاوات الصناعية | ميجاوات ساعة إلى جيجاوات ساعة | دورة حياة طويلة، تبريد سائل، موثوقية على مستوى الشبكة |
تصمم شركة Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd عبر هذا النطاق الكامل، وتنتج خلايا بطاريات تخزين الطاقة، والوحدات، وحزم البطاريات، وأنظمة كاملة ضمن هيكل تصنيع متكامل رأسيًا، مما يسمح بجودة الخلايا المتسقة بالانتقال من العبوات السكنية الصغيرة إلى عمليات النشر على مستوى الصناعة والمرافق.
معايير السلامة التي تنطبق على خلايا بطارية تخزين الطاقة
نظرًا لأن نظام تخزين طاقة البطارية يخزن كمية كبيرة من الطاقة في مساحة صغيرة، فإن التحقق من السلامة يعد جزءًا أساسيًا من تصميم النظام المسؤول وليس وظيفة إضافية اختيارية.
- تحدد المواصفة القياسية IEC 62619 متطلبات السلامة الدولية لخلايا وبطاريات الليثيوم الثانوية المستخدمة في التطبيقات الثابتة.
- UL 1973 هو المعيار الأساسي للولايات المتحدة لأنظمة تخزين طاقة البطاريات الثابتة والمتحركة، ويغطي اختبارات سوء الاستخدام مثل الدائرة القصيرة والشحن الزائد والصدمة الحرارية.
- شهادة الأمم المتحدة 38.3 مطلوبة للنقل الجوي لبطاريات الليثيوم ومسائل أي نظام يحتاج إلى شحنه دوليًا.
- ويشير تصنيف IP54 أو أعلى إلى الحماية ضد الغبار والماء المتناثر، وهو أمر مهم لأي حزمة مثبتة في الخارج.
الأسئلة المتداولة حول كيفية عمل أنظمة تخزين طاقة البطارية
ما الفرق بين خلية البطارية والوحدة النمطية والحزمة
الخلية هي أصغر وحدة تخزين طاقة فردية، والوحدة عبارة عن مجموعة من الخلايا موصلة معًا على التوالي وبالتوازي، والحزمة عبارة عن تجميع كامل للوحدات جنبًا إلى جنب مع نظام إدارة البطارية والأسلاك والحاوية اللازمة لتعمل كوحدة تخزين مستقلة.
لماذا تستخدم معظم أنظمة تخزين طاقة البطاريات الحديثة خلايا LFP؟
تجمع خلايا LFP بين الثبات الحراري القوي ودورة الحياة الطويلة، التي تصل عادةً إلى 4000 إلى 6000 دورة قبل أن تنخفض إلى 80 بالمائة من السعة الأصلية، مما يجعلها مناسبة تمامًا للأنظمة الثابتة التي تعطي الأولوية لطول العمر والسلامة على كثافة الطاقة الأعلى التي توفرها الكيميائيات الأخرى.
هل يعمل نظام تخزين طاقة البطارية بدون ضوء الشمس أو مولد كهربائي
نعم، بمجرد شحنها، يمكن لنظام تخزين طاقة البطارية تفريغ الطاقة المخزنة بشكل مستقل عن أي مصدر توليد نشط، وهو بالضبط ما يسمح لها بتزويد المنزل أو المنشأة بالطاقة أثناء انقطاع الشبكة أو فترة عدم إنتاج الطاقة الشمسية.
كيف يمنع نظام إدارة البطارية تلف الخلايا
يقوم نظام إدارة البطارية بمراقبة الجهد والتيار ودرجة الحرارة بشكل مستمر على مستوى الخلية، ويقوم بمقاطعة الشحن أو التفريغ تلقائيًا إذا تحركت أي قراءة خارج النطاق الآمن، بينما يقوم أيضًا بموازنة الشحن عبر الخلايا بحيث لا يتم دفع أي خلية واحدة بقوة أكبر من بقية العبوة.
هل التبريد السائل ضروري لكل نظام تخزين طاقة البطارية؟
ليس لكل نظام، نظرًا لأن العبوات السكنية الأصغر حجمًا غالبًا ما تعمل بشكل مناسب مع تبريد الهواء، ولكن التبريد السائل يصبح ذو قيمة متزايدة مع نمو حجم النظام نحو النطاق التجاري والصناعي، حيث يؤدي التحكم الأكثر إحكامًا في درجة الحرارة إلى إطالة عمر الخدمة بشكل مجد عبر استثمار رأسمالي أكبر بكثير.
