Litio baterijos komercinėse ir pramoninėse energijos kaupimo sistemose veikia kaip energijos kaupimo priemonė, o energijos sprendimų veiksmingumas, išlaidos ir tvarumas priklauso nuo baterijų veikimo efektyvumo. Įmonėms, siekiančioms stabilaus energijos tiekimo, techninė užduotis pratęsti litio baterijų ciklo trukmę yra būtina siekiant aplinkosaugiai naudoti energiją.

Kaip pirmoji pramonės ir komercinės energijos kaupimo srityje veikianti įmonė, kuri prisidėjo ir stebėjo ličio baterijų energijos kaupimo evoliuciją nuo pirmosios iki ketvirtos kartos, per 16 metų intensyviai vystydama šią sritį, „Origotek Co. Ltd“ sukūrė individualius energijos sprendimus. Taip padėjome išlyginti energijos poreikius ir baterijų tarnavimo laiką apkrovos mažinimo, rezervinio maitinimo bei virtualių elektrinių sistemose, taip pat pagerinome akumuliatorių našumą. Šiame straipsnyje pramonės praktikos ir technologinės inovacijos bus sujungtos, kad paaiškintų pagrindinius ciklinio tarnavimo laiką sumažinančius veiksnius ličio baterijose ir ciklinio tarnavimo laiko pramonės praktikas.

1. Pagrindiniai ličio baterijų ciklinio tarnavimo laiką veikiantys veiksniai

Ličio baterijos ciklo trukmė apibrėžiama kaip krūvinimo-iškrovimo ciklų skaičius, kurį baterija gali atlaikyti iki jos talpos pasiekia 80 % nuo pradinės talpos. Ciklo trukmės galimybėms apibūdinti pramonėje nustatyta standartine reikšmė – 80 %. Šis rodiklis susideda iš keleto tarpusavyje susijusių aspektų, o šių aspektų aiškus suvokimas yra pagrindas baterijos tarnavimo laikui pratęsti.

1.1 Elektrodų medžiagos senėjimas

Teigiamieji ir neigiamieji litio baterijų elektrodai yra pagrindiniai vietos, kur vyksta litio jonų įsiterpimas ir išsiterpimas. Per daugelį ciklų elektrodų medžiagos (litio kobalto oksidas, litio geležies fosfatas ir kt.) kristalinė struktūra susidaužia, dėl ko mažėja prieinamų litio jonų skaičius. Pavyzdžiui, komerciniuose energijos kaupimo produktuose ilgalaikis aukšto stiprio srovės krūvinimas greitina „negyvo litio“ susidarymą neigiamajame elektrode. „Negyvas litis“ – tai litio jonai, kurie nebepajėgia grįžti į teigiamąjį elektrodą, dėl to baterijos talpa ir ciklinis tarnavimo laikas žymiai sumažėja.

1.2 Krūvinimo-iškruvinimo valdymo klaidos

Viena dažniausių priežasčių, dėl kurių trumpėja baterijos tarnavimo laikas, yra netinkamai nustatyti įkrovos-iškrovos parametrai. Perkrovimas (įtampos kontrolės praradimas) gali sukelti elektrolito skilimą bei elektrodų medžiagų oksidaciją, o pernelyg stipri iškrovimas (valdymo praradimas žemiau ribinės įtampos) sukelia neatsinaujinančius neigiamojo elektrodo pažeidimus. Realiose situacijose kai kurios įmonės nepaiso atitikmens tarp baterijos techninių charakteristikų ir baterijų įkrovimo įrangos, dėl ko atsiranda perkrovos/pernelyg stiprios iškrovos situacijos. Tai ypač žalinga pramoniniais ir komerciniais tikslais sumontuotų baterijų sistemų cikliniam gyvavimo laikui.

1.3 Aplinkos temperatūros svyravimai

Temperatūros valdymas yra svarbi litio baterijų sistemų savybė. Kai temperatūra viršija 45 °C, baterijos elektrolitai tampa labai skysti ir vyksta šalutinės reakcijos, įskaitant nereikalingą elektrolito skilimą bei elektrodų koroziją. Kitaip tariant, esant temperatūrai žemiau 0 °C, litio jonų judėjimas sustingsta, o interkaliacija yra nepilna, dėl ko padidėja vidinė varža. Ekstremaliausiais atvejais, kai baterijų sistemose nėra temperatūros valdymo, baterijų ciklinis tarnavimo laikas gali sutrumpėti nuo 30 % iki 50 %, kas lieka didelė problema energijos kaupimui bei pramoninėms ir komercinėms aplikacijoms, atsižvelgiant į įvairias geografines sąlygas.

2. Techniniai metodai, skirti maksimaliai padidinti litio baterijų ciklinį tarnavimo laiką

„The Origotek Co., Ltd.“ integruojo optimizavimo pastangas, kylančias iš aukščiau minėtų veiksnių, į savo ketvirtos kartos pramoninių ir komercinių energijos kaupiklių tyrimų ir plėtros bei dizaino procesus. Tokios strategijos nukreiptos į baterijų ciklo trukmės pailginimą, kartu užtikrinant stabilumą sudėtingose naudojimo situacijose.

2.1 Optimizuoti elektrodų medžiagų formulę

Ketvirtos kartos produktams mes pakeitėme elektrodų medžiagų santykius, teigiamajam elektrodui pridėdami nežymų niobio kiekį, kad sustiprintume kristalinės struktūros stabilumą, o neigiamąjį elektrodą padengėme poringu anglies sluoksniu, siekdami sumažinti „negyvo litio“ susidarymą. Dėl to mūsų pramoninių ir komercinių energijos kaupiklių baterijų ciklų skaičius padidėjo daugiau nei 20 % lyginant su trečia kartos modeliais, standartinėmis krāvimo-iškrovimo sąlygomis dabar viršijant 6 000 ciklų.

2.2 Įdiegti protingą krāvimo-iškrovimo valdymą

Pramoninėms ir komercinėms aplikacijoms sukūrėme individualiai parengtą Įkrovimo ir Iškrovimo Valdymo Sistemą (C&DMS), kuri nepriklausomai nustato ir pritaiko srovės bei įtampos parametrus bet kuriam įkrovos būsenos (SOC) ir temperatūros scenarijui.
• Įkrovimo metu, kai SOC yra 80 % arba daugiau, sistema perjungia į pastovią srovę, kad būtų išvengta pernaujos įkrovos.
• Iškrovimo metu grandinė atjungiama, kai SOC yra 20 % arba mažesnis, kad būtų išvengta perviršinės iškrovos.
• Sistema integruota, kad realiu laiku bendrautų su energijos valdymo sistema ir naudotų SOC optimizuotą viršūnių apkrovos mažinimą, siekiant patobulinti iškrovos ir įkrovos strategiją virtualios jėgainės planuojamoms operacijoms.

2.3 Taikoma aktyvioji temperatūros valdymo technologija

Visos mūsų pramoninės ir komercinės energijos kaupimo sistemos turi temperatūros išlyginimo funkcijas. Todėl energijos kaupimo sistemos turi dvimodę aktyviąją temperatūros sistemą su aušinimo ir šildymo funkcijomis.
• Aukštos temperatūros sąlygomis aušinimas naudojant temperatūra valdomus skysčio šilumokaičius palaiko baterijos temperatūrą 25–35 °C.
• Žemos temperatūros sąlygomis PTC šildytuvas su šilumokaičiu pašildo baterijas ir palaiko jų temperatūrą aukščiau 5 °C. Konkrečiai, prieš įkrovimą baterijos yra šildomos, kol jų temperatūra pakyla virš 5 °C, kad būtų galima vykti litio interkalacijai.

Tai ženkliai padidina sistemų ilgaamžiškumą ir patikimumą ekstremaliomis temperatūromis.

3. Ilgaamžiškumo didinimo strategijų taikymas pramonės ir komercinėje energijos kaupimo sistemose

Kalbant apie tvarų energijos naudojimą pramonės ir komercinėse situacijose, ilgai tarnaujančios baterijos yra tik viena iš lygties dalių. Svarbiausia – baterijų ir energijos poreikio valdymo integracija. Tai jau buvo patvirtinta „Origotek Co., Ltd.“ keliose klientų naudojimo pavyzdžiuose.

Pavyzdžiui, pritaikomame energijos kaupimo sistemos virtualios elektrinės projekte Šandongo provincijoje (10 MWh) baterijų gyvavimo strategijų optimizavimas davė didelį rezultatą. Dėka inteligentiškos BMS ir temperatūros valdymo sistemos, po 2 metų (daugiau nei 1 500 ciklų) baterijų ciklinis gyvavimas išlaikytas virš 90 % nuo pradinės būklės. Kliento energijos paskirstymo efektyvumas padidėjo 15 procentų, o bendros baterijų keitimo sąnaudos sumažėjo beveik 40 procentų.

Kitoje viršūnės apkrovos mažinimo projekte Tianjine, skirtame gamybos įmonei, mūsų ketvirtos kartos pramoninės ir komercinės energijos kaupimo sistemos koregavo įkrovos ir iškrovos režimus pagal įmonės gamybos grafiką, kas padėjo įmonei sklandžiai vykdyti energijos transformaciją. Baterijų sistema jau 4 metus veikia stabiliai ir toliau užtikrina įmonės energijos transformacijos procesą.

Išvada

Litio baterijų ciklo trukmė pasiekiama tada, kai integruojama medžiagų technologija, įdiegiamas protingas valdymas ir atsižvelgiama į visus aplinkos veiksnius. Iš praktinės perspektyvos, energijos kaupimo sąnaudų mažinimas ir baterijų tarnavimo laiko pailginimas yra naudingas tiek pramonei, tiek komercinėms įmonėms ekosistemoje.

Kurdami energijos kaupimo sprendimus pramonei ir verslui, įmonė The Origotek Co., Ltd toliau dės visas pastangas, kad sukurtų individualius baterijų našumo optimizavimo sprendimus, atitinkančius ketvirtos kartos energijos kaupimo sistemų evoliuciją. Mes ir toliau padėsime savo klientams pramonės ir komercinėje srityse investuoti į energijos darnumą bei plėtoti energetikos infrastruktūrą besivystančiose šalyse.