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Notícias da indústria
Um sistema de armazenamento de energia de bateria funciona convertendo energia elétrica em energia química armazenada dentro células de bateria de armazenamento de energia e, em seguida, convertendo-a novamente em eletricidade utilizável sob demanda por meio de um sistema de gerenciamento de bateria, um sistema de conversão de energia e um inversor. Durante o carregamento, a energia CA recebida da rede ou de um painel solar é convertida em CC e enviada para as células, onde uma reação química armazena essa energia. Durante a descarga, a reação se inverte, as células liberam a energia armazenada como energia CC e o inversor a converte novamente em CA para uso em aparelhos, equipamentos ou na rede.
O restante deste guia divide o sistema em seus componentes principais, explica como células de bateria de armazenamento de energia são agrupados em módulos e pacotes e abrangem os fatores práticos que determinam o desempenho de um sistema de armazenamento de energia de bateria ao longo de sua vida útil.
Os principais componentes que compõem um sistema de armazenamento de energia de bateria
Um sistema de armazenamento de energia de bateria não é um dispositivo único, mas uma pilha coordenada de hardware e software de controle. Cada camada tem uma função distinta e o sistema só funciona tão bem quanto seu elo mais fraco.
Células de bateria para armazenamento de energia
A célula é o bloco de construção básico onde ocorre o armazenamento real de energia química. O fosfato de ferro-lítio, comumente abreviado como LFP, tornou-se a escolha química dominante para armazenamento estacionário devido à sua estabilidade e longo ciclo de vida em comparação com produtos químicos mais antigos à base de níquel.
Módulos e pacotes de bateria
Células individuais são conectadas em série e em paralelo para formar módulos, e os módulos são então combinados em pacotes para atingir a tensão e a capacidade exigidas por um projeto. Essa estrutura em camadas permite que os fabricantes dimensionem o mesmo projeto de célula base, desde uma pequena unidade residencial até um sistema industrial do tamanho de um contêiner.
Sistema de gerenciamento de bateria
O sistema de gerenciamento de bateria, geralmente abreviado para BMS, rastreia continuamente a tensão, a corrente e a temperatura em cada célula do pacote. Ele protege o sistema interrompendo o carregamento ou descarregamento se uma célula se mover fora dos limites seguros e equilibra os níveis de carga entre as células para que nenhuma célula fique sobrecarregada enquanto outras permanecem subutilizadas.
Sistema de conversão de energia e inversor
O sistema de conversão de energia gerencia o fluxo de energia entre a bateria e o circuito elétrico externo, enquanto o inversor cuida da conversão entre a energia CC armazenada nas células e a energia CA usada pelas residências, fábricas ou pela rede.
Gestão Térmica
As células da bateria geram calor durante a carga e a descarga, e esse calor precisa ser removido uniformemente para evitar o envelhecimento prematuro. Os projetos resfriados a ar circulam o ar ambiente ou condicionado pela embalagem, enquanto os projetos resfriados a líquido circulam o refrigerante através de placas ou tubos selados em contato direto com as células, o que geralmente mantém uma temperatura mais restrita espalhada pela embalagem do que apenas o resfriamento a ar.
Seguindo o caminho da energia através de um ciclo completo de carga e descarga
Compreender um sistema de armazenamento de energia de bateria é mais fácil rastreando o que acontece com a eletricidade à medida que ela se move através do sistema em cada direção.
- A energia CA recebida da rede, de um gerador ou de um inversor solar chega ao sistema de conversão de energia.
- O sistema de conversão de energia retifica essa energia CA em energia CC adequada para carregar a bateria.
- O sistema de gerenciamento de bateria direciona a corrente de carga para os módulos enquanto monitora cada célula para manter a tensão e a temperatura dentro dos limites operacionais seguros.
- A energia armazenada permanece nas células até que um comando de descarga seja acionado, seja por um programa programado, um sinal da rede ou uma detecção de queda de energia.
- Durante a descarga, as células liberam energia CC, que passa de volta pelo sistema de conversão de energia e pelo inversor para ser convertida em energia CA utilizável para a carga conectada.
Por que a química celular determina o desempenho no mundo real
Nem todos células de bateria de armazenamento de energia se comportam da mesma maneira depois de instalados, e as diferenças químicas aparecem diretamente no ciclo de vida, na margem de segurança e na capacidade utilizável.
| Química | Ciclo de vida até 80% da capacidade | Profundidade típica de descarga |
|---|---|---|
| LiFePO4 (LFP) | 4.000 a 6.000 ciclos | 80 a 90 por cento |
| NMC íon-lítio | 1.500 a 2.500 ciclos | 70 a 85 por cento |
| Chumbo-ácido | 300 a 700 ciclos | 50 por cento |
As células LFP geralmente oferecem aproximadamente o dobro ou o triplo do ciclo de vida das células NMC antes de atingir 80% de sua capacidade original, o que é um dos principais motivos pelos quais o LFP se tornou a escolha padrão para armazenamento estacionário de energia, em vez de aplicações de alta densidade de energia, como veículos elétricos, onde o NMC ainda mantém uma vantagem.
Resfriamento a ar versus resfriamento a líquido dentro de uma bateria
O design de gerenciamento térmico tem um efeito direto na consistência do desempenho de um sistema de armazenamento de energia de bateria ao longo de sua vida útil nominal, uma vez que o calor desigual em um conjunto faz com que algumas células se degradem mais rapidamente do que outras.
Como o resfriamento líquido melhora a consistência
Um sistema refrigerado a líquido circula o refrigerante através de placas ou tubos selados que permanecem em contato térmico direto com cada célula ou módulo, retirando o calor uniformemente, em vez de depender do fluxo de ar que pode deixar bolsões de células mais quentes do que outros. O resfriamento líquido pode manter a variação de temperatura em uma bateria em aproximadamente 3 graus Celsius, em comparação com uma variação de 8 a 15 graus Celsius comumente vista em designs refrigerados a ar.
Por que a diferença é importante ao longo dos anos de operação
Uma distribuição de temperatura mais estreita significa que as células dentro de um pacote estão mais próximas da mesma taxa, o que reduz as chances de falha precoce de células individuais e ajuda o pacote geral a reter a capacidade utilizável por mais tempo. Esta consistência torna-se especialmente importante à medida que a escala do projecto cresce em direcção a instalações de megawatt-hora e gigawatt-hora, onde o valor da vida útil prolongada é composto por um investimento de capital muito maior.
Como a escala do sistema altera as prioridades do projeto
A mesma tecnologia de célula central suporta categorias de produtos muito diferentes, uma vez ampliadas ou reduzidas, e as prioridades mudam dependendo de onde o sistema se situa nessa faixa.
| Escala do sistema | Faixa de capacidade típica | Prioridade primária de design |
|---|---|---|
| Residencial | 5 a 20 kWh | Tamanho compacto, operação silenciosa, instalação simples |
| Armário comercial e industrial | 200 a 400 kWh | Redução de pico, durabilidade externa, gabinete com classificação IP |
| Escala de megawatts utilitários e industriais | Megawatt-hora em gigawatt-hora | Ciclo de vida longo, refrigeração líquida, confiabilidade em escala de rede |
A Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd projeta toda esta gama, produzindo células de bateria de armazenamento de energia, módulos, conjuntos de baterias e sistemas completos sob uma estrutura de fabricação verticalmente integrada, o que permite que a qualidade consistente da célula seja realizada desde pequenos conjuntos residenciais até implantações industriais e em escala de serviços públicos.
Padrões de segurança aplicáveis às células de bateria de armazenamento de energia
Como um sistema de armazenamento de energia de bateria armazena uma grande quantidade de energia em um espaço compacto, a validação de segurança é uma parte essencial do projeto responsável do sistema, e não um complemento opcional.
- A IEC 62619 estabelece requisitos de segurança internacionais para células e baterias secundárias de lítio usadas em aplicações estacionárias.
- UL 1973 é o principal padrão dos Estados Unidos para sistemas de armazenamento de energia de baterias estacionárias e motrizes, cobrindo testes de abuso, como curto-circuito, sobrecarga e choque térmico.
- A certificação UN 38.3 é necessária para o transporte aéreo de baterias de lítio e é importante para qualquer sistema que precise ser enviado internacionalmente.
- Uma classificação IP54 ou superior indica proteção contra poeira e respingos de água, o que é importante para qualquer conjunto instalado ao ar livre.
Perguntas frequentes sobre como funcionam os sistemas de armazenamento de energia da bateria
Qual é a diferença entre uma célula de bateria, um módulo e um pacote
Uma célula é a menor unidade individual de armazenamento de energia, um módulo é um grupo de células conectadas em série e paralelo e um pacote é um conjunto completo de módulos junto com o sistema de gerenciamento de bateria, fiação e gabinete necessários para funcionar como uma unidade de armazenamento independente.
Por que a maioria dos sistemas modernos de armazenamento de energia de bateria usam células LFP
As células LFP combinam forte estabilidade térmica com ciclo de vida longo, normalmente atingindo 4.000 a 6.000 ciclos antes de cair para 80% da capacidade original, o que as torna adequadas para sistemas estacionários que priorizam a longevidade e a segurança em relação à maior densidade de energia que outros produtos químicos oferecem.
Um sistema de armazenamento de energia de bateria funciona sem luz solar ou gerador?
Sim, uma vez carregado, um sistema de armazenamento de energia de bateria pode descarregar a energia armazenada independentemente de qualquer fonte de geração ativa, que é exatamente o que lhe permite alimentar uma casa ou instalação durante uma interrupção da rede ou um período sem produção solar.
Como o sistema de gerenciamento de bateria evita danos às células
O sistema de gerenciamento de bateria monitora continuamente a tensão, a corrente e a temperatura no nível da célula e interrompe o carregamento ou descarregamento automaticamente se alguma leitura se mover fora da faixa segura, ao mesmo tempo que equilibra a carga entre as células para que nenhuma célula seja empurrada com mais força do que o resto do pacote.
O resfriamento líquido é necessário para todos os sistemas de armazenamento de energia da bateria?
Não para todos os sistemas, uma vez que conjuntos residenciais menores geralmente funcionam adequadamente com refrigeração a ar, mas a refrigeração líquida torna-se cada vez mais valiosa à medida que o tamanho do sistema cresce em direção à escala comercial e industrial, onde um controle de temperatura mais rígido prolonga significativamente a vida útil através de um investimento de capital muito maior.
