O que é armazenamento de energia da bateria?

A sistema de armazenamento de energia da bateria(BESS) é um sistema que utiliza baterias como portador de armazenamento de energia para armazenar e liberar energia elétrica. Pode armazenar energia elétrica por um determinado período de tempo e fornecer energia elétrica em momentos apropriados de acordo com a demanda. Possui funções como transição suave, redução de pico e preenchimento de vale, regulação de frequência e regulação de tensão.

A energia armazenada pode vir de fontes renováveis, como solar e eólica, ou de geração de energia convencional. Quando necessário, o sistema libera essa energia para apoiar a estabilidade da rede, atender aos picos de demanda ou fornecer energia de reserva. Um BESS típico é composto por módulos de bateria, um Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS) e equipamentos de conversão de energia, como inversores.

 

A sistema de armazenamento de energia da bateriaconsiste em: baterias, componentes elétricos, suporte mecânico, sistemas de aquecimento e resfriamento (sistemas de gerenciamento térmico), sistema de conversão bidirecional de energia, sistema de gerenciamento de energia e sistema de gerenciamento de baterias.

 

Sendo uma das principais tecnologias para o novo armazenamento de energia, as baterias de armazenamento de energia desempenham um papel crucial no aumento da proporção do consumo de energia renovável e na garantia do funcionamento seguro e estável do sistema energético. As baterias de íon-de lítio, como componentes-chave do armazenamento de energia, são o "centro central" que determina o progresso do armazenamento de energia eletroquímica. As baterias de íon-de lítio são classificadas em baterias de fosfato de ferro-lítio e baterias ternárias de íon-de lítio de acordo com seus materiais catódicos. O mercado de armazenamento de energia é dominado principalmente por baterias de fosfato de ferro-lítio. Eliminar a diferença entre o dia e o pico noturno-é o principal cenário de aplicação para sistemas de armazenamento de energia, e o tempo de uso do produto afeta diretamente a lucratividade do projeto. Uma unidade de armazenamento de energia, geralmente referindo-se a uma bateria, é o dispositivo básico em um sistema de armazenamento de energia usado para armazenar e liberar energia elétrica.

Estrutura da bateria:

Material do eletrodo positivo: A parte da bateria onde ocorre a reação de oxidação. Os materiais de eletrodo positivo comuns incluem óxido de lítio-cobalto (LiCoO2), fosfato de ferro-lítio (LiFePO4) e óxido de cobalto-níquel-lítio-níquel-manganês (NMC).

Material do eletrodo negativo: A parte da bateria onde ocorre a reação de redução. Os materiais comuns para eletrodos negativos incluem grafite, silício e estanho.

• Eletrólito: O meio para transporte de íons na bateria. Pode ser líquido ou sólido (eletrólito sólido). O eletrólito permite que os íons se movam entre os eletrodos positivo e negativo, completando o processo de carga e descarga.
• Separador: Localizado entre os eletrodos positivo e negativo, sua função é evitar o contato direto entre os eletrodos positivo e negativo, o que poderia causar curto-circuito, permitindo a passagem de íons.
• Coletor de Corrente: Geralmente feito de metal (como cobre e alumínio), usado para transferir a corrente da célula para o circuito externo.
• Invólucro da bateria: A estrutura externa da bateria, usada para proteger os componentes internos e fornecer suporte mecânico.
• Sistema de gerenciamento de bateria (BMS): Responsável por monitorar e gerenciar o processo de carga e descarga da bateria, garantindo o funcionamento seguro da bateria e otimizando seu desempenho e vida útil.

Princípio de funcionamento das baterias de armazenamento de energia

Componentes de gerenciamento térmico

• Sensores: Sensores de temperatura, sensores de pressão, etc., utilizados para monitorar parâmetros como temperatura e pressão da bateria e do ambiente em tempo real.
• Unidade de Controle: Normalmente um microcontrolador ou sistema de computador, controlando a operação de equipamentos de gerenciamento térmico com base em dados de sensores e algoritmos predefinidos.
• Equipamento de refrigeração:
• Sistema de resfriamento de ar: Inclui ventiladores, canais de ar, trocadores de calor, etc., dissipando calor através do fluxo de ar.
• Sistema de refrigeração líquida: Inclui bombas, refrigerante, radiadores, placas de refrigeração, etc., removendo o calor através da circulação do refrigerante.
• Equipamento de aquecimento: como aquecedores elétricos, aquecedores de material de mudança de fase, etc., usados ​​para aquecer a bateria em ambientes-de baixa temperatura.
• Materiais de isolamento: Usados ​​para reduzir o impacto do ambiente externo na temperatura da bateria e manter a estabilidade da temperatura interna.
• Atuadores: como válvulas, bombas, etc., usados ​​para controlar o fluxo de refrigerante ou ar.
• Conectores: Inclui tubos, cabos, etc., conectando vários componentes para garantir o funcionamento normal do sistema.

Princípio de funcionamento do gerenciamento térmico

1. Monitoramento de Temperatura: Sensores monitoram continuamente a temperatura da bateria e do ambiente, transmitindo os dados para a unidade de controle.
2. Análise de dados: A unidade de controle analisa os dados para determinar se o equipamento de resfriamento ou aquecimento precisa ser ativado.
3. Processo de resfriamento:-Resfriamento de ar: Quando a temperatura excede um limite definido, o ventilador liga, empurrando o ar pela superfície da bateria para remover o calor. Resfriamento de líquido: uma bomba empurra o líquido refrigerante através de uma placa de resfriamento ou diretamente em contato com a bateria, absorvendo o calor antes de fluir de volta para o radiador para troca de calor.
4. Processo de aquecimento: em ambientes-de baixa temperatura, o equipamento de aquecimento é ativado, liberando calor por meio de energia elétrica ou materiais de mudança de fase para aumentar a temperatura da bateria.
5. Regulação de temperatura: a unidade de controle ajusta a intensidade do resfriamento ou aquecimento com base em dados-em tempo real para garantir que a temperatura da bateria permaneça dentro da faixa operacional ideal.
6. Uniformidade de distribuição de calor: um caminho de fluxo de ar ou de refrigerante bem{0}}projetado garante uma distribuição uniforme de temperatura dentro da bateria.
7. Proteção de segurança: O sistema também inclui proteção contra superaquecimento, detecção de vazamentos e outras funções de segurança para evitar riscos potenciais à segurança.
8. Otimização Inteligente: Os sistemas modernos de gerenciamento térmico podem integrar algoritmos de inteligência artificial para otimizar estratégias de controle, melhorar a eficiência energética e aumentar a velocidade de resposta.
9. Monitoramento Remoto: O sistema pode suportar funções de monitoramento e controle remoto, permitindo que o pessoal de manutenção entenda o status do sistema em tempo real e faça ajustes.

Sistema de gerenciamento de bateria (BMS)

O Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS) é um componente central de um sistema de armazenamento de energia, responsável por gerenciar e monitorar o status operacional da bateria para garantir sua segurança, confiabilidade e operação eficiente. A seguir estão os componentes básicos, princípios de funcionamento e funções principais de um BMS:

Sistema de gerenciamento de bateria (BMS): componentes básicos

Componentes de hardware:

• Sensores: Usados ​​para monitorar parâmetros físicos da bateria, como tensão, corrente e temperatura.
• Placas de Circuito: Inclui a placa de circuito de controle principal e placas de circuito de comunicação, responsáveis ​​pelo processamento de dados e comunicação.
• Processador: A unidade de controle central, que analisa e calcula o status da bateria e executa estratégias de controle correspondentes.
• Relés e Circuitos de Proteção: Utilizados para desconectar os circuitos de carga e descarga da bateria em situações anormais, protegendo a bateria contra danos.
• Interface de Comunicação: Utilizada para comunicação de dados com sistemas externos (como sistemas de controle de veículos, servidores, etc.).

Princípio de funcionamento do sistema de gerenciamento de bateria (BMS):

1. Aquisição de dados: O BMS coleta parâmetros da bateria como tensão, corrente e temperatura em tempo real por meio de sensores.
2. Processamento de dados: O processador processa os dados adquiridos, calculando informações importantes, como estado de carga/descarga da bateria, capacidade restante e resistência interna.
3. Execução da Estratégia de Controle: Com base nos resultados do processamento de dados, o BMS executa estratégias de controle correspondentes, como ajustar a corrente de carga/descarga e realizar o balanceamento da bateria.
4. Comunicação e Feedback: O BMS troca dados com sistemas externos através de uma interface de comunicação, recebe comandos externos e realimenta informações sobre o status da bateria para os sistemas externos.

 

Um conversor de armazenamento de energia (PCS) pode ser comparado a um “carregador superdimensionado”, um componente chave em um sistema de armazenamento de energia. Possui capacidades de conversão bidirecional e desempenha um papel crucial no sistema. Permite a conversão de energia e o fluxo bidirecional entre a bateria de armazenamento de energia e a rede. Ele pode converter corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA) ou vice-versa para atender às necessidades de carga e descarga da rede do sistema de armazenamento de energia. O PCS atua como uma “ponte” no sistema de armazenamento de energia, conectando a bateria de armazenamento de energia e a rede, garantindo o funcionamento eficiente e estável do sistema.

 

Um Sistema de Gerenciamento de Energia (EMS) é um componente chave de um sistema de armazenamento de energia. É responsável por monitorar, controlar e otimizar o fluxo de energia e a eficiência operacional de todo o sistema.

"Uma boa solução origina-se do projeto-de alto nível, e um bom sistema origina-se do EMS", destacando a importância do EMS em sistemas de armazenamento de energia.

O SGA existe para agregar informações de todos os subsistemas do sistema de armazenamento de energia, monitorar de forma abrangente a operação geral do sistema e tomar decisões relevantes para garantir a operação segura do sistema. O EMS faz upload de dados para a nuvem, fornecendo ferramentas operacionais para o pessoal de gerenciamento-de back-end da operadora. Simultaneamente, o EMS é responsável pela interação direta com os utilizadores. A equipe de manutenção do usuário pode usar o EMS para visualizar a operação-em tempo real do sistema de armazenamento de energia e implementar o monitoramento.