Miért 0,5°C az energiatároló akkumulátorok – lakossági és kereskedelmi – C-aránya?

Az energiatároló rendszerek és a hálózaton kívüli rendszerek akkumulátorokat tartalmaznak, és az akkumulátorok fontos teljesítménymutatója a töltési és kisütési sebesség, illetve a töltési és kisütési kapacitás. A műszaki követelményekben vagy az akkumulátor műszaki paramétereiben gyakran látható az "xxC" paraméter, például "0,2C", "0,3C", "1C" vagy "2C". Az energiatároló rendszerekben a leggyakoribb a "0,5C", akkor miért pont 0,5C a leggyakoribb?

1. Mi a „C”?

A C a töltés mértékegységének, a Coulomb-nak az első betűje. Ezt a fogalmat először a francia fizikus, Coulomb javasolta, és azt a villamos energia mennyiségét jelöli, amely egy vezeték keresztmetszetén 1 másodperc alatt áthalad. Az energiatároló akkumulátorokban a C az akkumulátor töltési és kisütési sebességét jelöli. Általában a töltési és kisütési áram nagyságát ez a töltési és kisütési sebesség fejezi ki. Az 1 C töltési és kisütési sebesség azt jelenti, hogy az energiatároló akkumulátor 1 órán belül képes lemeríteni az összes elektromosságát; a 2 C azt jelenti, hogy az energiatároló akkumulátor 0,5 órán belül képes lemeríteni az összes elektromosságát.

2. Hogyan számítják ki vagy kapják meg a „C”-t?

A C (töltési és kisütési sebesség) egy logikai fogalom, nem pedig egy rögzített fogalom, mint az áram (A) és a feszültség (V). Például egy áramkör 1 A áramot enged át. Nem számít, milyen eszközzel mérik, az 1 A áram értéke ugyanaz. Ami az 1 C töltési és kisütési kapacitását illeti, az szintén összefügg az akkumulátor fajlagos kapacitásával. Egy 1 Ah kapacitású akkumulátor esetében az 1 C töltési és kisütési árama 1 A; egy 2 Ah kapacitású akkumulátor esetében az 1 C töltési és kisütési árama 2 A. És így tovább.

Az energiatároló akkumulátor-rendszerekben a 0,5 C töltési és kisütési sebesség (azaz az akkumulátor kapacitása 2 órán belül teljesen feltöltődhet vagy lemerülhet) általános tervezési választása főként a következő fő okokon alapul:

1. Az akkumulátor élettartamának meghosszabbítása

- A nagy sebességű töltés és kisütés költsége:

Minél magasabb az akkumulátor töltési és kisütési sebessége (C-sebesség), annál gyorsabban épülnek be/válnak ki a lítiumionok az elektróda anyagából, ami a következőket eredményezi:

- Felerősödött kémiai mellékreakciók (például SEI film vastagodás, elektrolit bomlás);

- Megnövekedett anyagszerkezeti feszültség (elektróda tágulása/összehúzódása, részecskeszakadás);

- Megnövekedett belső hőtermelés (gyorsított öregedés).

Ezek a tényezők jelentősen lerövidítik az akkumulátor élettartamát (pl. 1 °C-os kisülés 30–50%-kal csökkentheti az élettartamot a 0,5 °C-os kisüléshez képest).

- Az energiatárolási forgatókönyvek élettartam-követelményei:

Az energiatároló rendszerek (mint például az otthoni energiatárolás, a hálózati szintű energiatárolás) általában több mint 10 éves élettartamot igényelnek (6000+ ciklus).

A 0,5°C-os enyhe töltési és kisütési stratégia csökkentheti az akkumulátor csillapítási sebességét és megfelelhet a hosszú élettartamra vonatkozó követelményeknek.

2. Csökkentse a hőszabályozás nehézségeit

-A hő és a sebesség közötti kapcsolat:

Az akkumulátor belső ellenállása által termelt hő arányos az áram négyzetével (\(P = I^2 \cdot R\)).

- 0,5C áramerősség: Tegyük fel, hogy az akkumulátor kapacitása 100Ah, az áramerősség pedig 50A;

- 1C áramerősség: Az áram 100A → a hő az előbbi négyszerese.

- Hőelvezetés költsége és kockázata:

Az energiatároló rendszerek általában nagyméretű akkumulátorcsomagokat használnak, és a nagy sebességű működés bonyolultabb hőelvezető rendszereket (például folyadékhűtést) igényel, amelyek költségesek és növelik a meghibásodás kockázatát.

A 0,5°C-os kialakítás leegyszerűsíti a hőkezelést (a természetes konvekció vagy a léghűtés megfelelhet a követelményeknek), csökkenti a költségeket és javítja a biztonságot.

3. Az energiatárolási alkalmazási forgatókönyvek követelményeinek összehangolása

- Energiatípus vs. teljesítménytípus alkalmazás:

- Energiatároló rendszer: többnyire energiatípusú igények (például csúcsteljesítmény-csökkentés és völgykitöltés, fotovoltaikus tárolás), amelyek hosszú távú stabil energiatermelést és alacsony pillanatnyi teljesítményigényt igényelnek;

- Akkumulátor (például elektromos járművek): nagy teljesítményigény, például gyorsulás és gyorstöltés kielégítéséhez tápellátási típust (1C~3C) igényel.

- A 0,5C alkalmazhatósága:

Vegyünk egy tipikus háztartási energiatárolást példaként:

- Az akkumulátor kapacitása 10 kWh, a 0,5C kisütési teljesítménye pedig 5 kW, ami a legtöbb háztartási terhelést lefedi (légkondicionálás, világítás stb.);

- Ha nagyobb teljesítményre van szükség (például rövid távú lökésszerű terhelés), az rendszertervezéssel (például az inverter kapacitásának növelésével) megoldható az akkumulátor teljesítményének növelése nélkül.

4. Kivételek a tényleges alkalmazásokban

- Rövid távú nagy teljesítményű forgatókönyvek:

Néhány speciális energiatárolási forgatókönyv (például hálózati frekvenciaszabályozás, UPS tartalék tápellátás) gyors reagálást igényel, és nagyobb teljesítményű akkumulátorokat (például 1C~2C) használhat, de ez az élettartam és a költségek rovására megy.

- Akkumulátortechnológiai fejlődés:

A szilárdtest akkumulátorok, a szilícium alapú negatív elektródák és más technológiák kiforrottságával az energiatároló akkumulátorok a jövőben magasabb feszültségeket (például 1C) is támogathatnak, miközben hosszú élettartamot biztosítanak, de jelenleg a 0,5C még mindig a legnépszerűbb választás.

A túl nagy töltési és kisütési sebesség befolyásolja az akkumulátor élettartamát, ezért nem szabad túl magasra állítani;

Természetesen a C sem túl kicsi. Például az ólomakkumulátoroknál a 0,1C, 0,2C és 0,3C gyakori értékek. A töltőáram kicsi, a sebesség pedig lassú. Bár jobban védi az akkumulátort, az ipari és kereskedelmi energiatárolási projektekben, ahol az állami hálózat csúcs-völgy-lapos időszakokkal rendelkezik, és a fő cél a csúcs-völgy árkülönbségből származó előnyök elérése, nyilvánvalóan csökkenti az ugyanabban az időszakban feltöltött és kisütött kWh számát, ezáltal csökkentve a napi bevételt és meghosszabbítva a megtérülési időt, ezért nem alkalmas.

Összességében a 0,5°C töltési és kisütési sebesség kiválasztása figyelembe veszi mind az akkumulátor töltési és kisütési képességét, mind az akkumulátor élettartamának védelmét, miközben figyelembe veszi a csúcs- és völgyperiódusokkal való kompatibilitást is.

Például egy 209 kWh-s vagy 215 kWh-s, egyetlen szekrényből álló rendszer egy 100 kW-os PCS-sel 2 óra alatt teljesen feltölthető vagy lemeríthető, ami összhangban van a helyi villamosenergia-szolgáltatók által meghatározott csúcs- és völgyperiódusok hosszával. A töltés és a kisütés a megfelelő időszakon belül elvégezhető, így nem pazarolják az energiát és az időt, és a várt előnyöket elérik, ami ésszerű.

Hope Light Solar lítium akkumulátor lakossági és kereskedelmi használatra: