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Noticias de la industria
Un sistema de almacenamiento de energía con batería funciona convirtiendo la energía eléctrica en energía química almacenada en su interior. celdas de batería de almacenamiento de energía y luego convertirla nuevamente en electricidad utilizable según demanda a través de un sistema de gestión de baterías, un sistema de conversión de energía y un inversor. Durante la carga, la energía CA entrante de la red o de un panel solar se convierte en CC y se empuja hacia las celdas, donde una reacción química almacena esa energía. Durante la descarga, la reacción se invierte, las celdas liberan energía almacenada como energía de CC y el inversor la convierte nuevamente en CA para que la utilicen los electrodomésticos, los equipos o la red.
El resto de esta guía desglosa el sistema en sus componentes principales, explica cómo celdas de batería de almacenamiento de energía se agrupan en módulos y paquetes, y cubre los factores prácticos que determinan qué tan bien se desempeña un sistema de almacenamiento de energía de batería durante su vida útil.
Los componentes principales que componen un sistema de almacenamiento de energía en batería
Un sistema de almacenamiento de energía de batería no es un dispositivo único, sino una pila coordinada de hardware y software de control. Cada capa tiene un trabajo distinto y el sistema solo funciona tan bien como su eslabón más débil.
Celdas de batería de almacenamiento de energía
La celda es el componente básico donde ocurre el almacenamiento real de energía química. El fosfato de hierro y litio, comúnmente abreviado como LFP, se ha convertido en la opción química dominante para el almacenamiento estacionario debido a su estabilidad y su largo ciclo de vida en comparación con los productos químicos más antiguos a base de níquel.
Módulos y paquetes de baterías
Las celdas individuales se conectan en serie y en paralelo para formar módulos, y luego los módulos se combinan en paquetes para alcanzar el voltaje y la capacidad que requiere un proyecto. Esta estructura en capas permite a los fabricantes escalar el mismo diseño de celda base desde una pequeña unidad residencial hasta un sistema industrial del tamaño de un contenedor.
Sistema de gestión de batería
El sistema de gestión de la batería, generalmente abreviado como BMS, rastrea continuamente el voltaje, la corriente y la temperatura en cada celda del paquete. Protege el sistema al detener la carga o descarga si una celda se mueve fuera de los límites seguros, y equilibra los niveles de carga entre las celdas para que ninguna celda tenga exceso de trabajo mientras otras permanecen infrautilizadas.
Sistema de conversión de energía e inversor
El sistema de conversión de energía gestiona el flujo de energía entre el paquete de baterías y el circuito eléctrico exterior, mientras que el inversor gestiona la conversión entre la energía de CC almacenada en las celdas y la energía de CA utilizada por los hogares, las fábricas o la red.
Gestión Térmica
Las celdas de la batería generan calor durante la carga y la descarga, y ese calor debe eliminarse de manera uniforme para evitar el envejecimiento prematuro. Los diseños enfriados por aire hacen circular aire ambiente o acondicionado a través del paquete, mientras que los diseños enfriados por líquido hacen circular refrigerante a través de placas o tuberías selladas en contacto directo con las celdas, lo que generalmente mantiene una temperatura más ajustada distribuida en todo el paquete que el enfriamiento por aire solo.
Siguiendo el camino de la energía a través de un ciclo completo de carga y descarga
Es más fácil comprender un sistema de almacenamiento de energía en baterías si se rastrea lo que le sucede a la electricidad a medida que se mueve a través del sistema en cada dirección.
- La energía CA entrante de la red, un generador o un inversor solar llega al sistema de conversión de energía.
- El sistema de conversión de energía rectifica esa energía de CA en energía de CC adecuada para cargar la batería.
- El sistema de administración de baterías dirige la corriente de carga a los módulos mientras monitorea cada celda para mantener el voltaje y la temperatura dentro de límites operativos seguros.
- La energía almacenada permanece en las celdas hasta que se activa un comando de descarga, ya sea por un programa programado, una señal de la red o la detección de un corte de energía.
- Durante la descarga, las celdas liberan energía CC, que regresa a través del sistema de conversión de energía y el inversor para convertirse en energía CA utilizable para la carga conectada.
Por qué la química celular determina el rendimiento en el mundo real
No todos celdas de batería de almacenamiento de energía Se comportan de la misma manera una vez instalados y las diferencias químicas se manifiestan directamente en el ciclo de vida, el margen de seguridad y la capacidad utilizable.
| quimica | Ciclo de vida al 80 por ciento de capacidad | Profundidad típica de descarga |
|---|---|---|
| LiFePO4 (LFP) | 4.000 a 6.000 ciclos | 80 a 90 por ciento |
| NMC de iones de litio | 1.500 a 2.500 ciclos | 70 a 85 por ciento |
| Plomo-ácido | 300 a 700 ciclos | 50 por ciento |
Las células LFP generalmente ofrecen aproximadamente el doble o el triple del ciclo de vida de las células NMC. antes de alcanzar el 80 por ciento de su capacidad original, lo cual es una de las principales razones por las que LFP se ha convertido en la opción predeterminada para el almacenamiento de energía estacionario en lugar de para aplicaciones de alta densidad de energía, como vehículos eléctricos, donde NMC todavía tiene una ventaja.
Refrigeración por aire versus refrigeración líquida dentro de una batería
El diseño de gestión térmica tiene un efecto directo sobre el rendimiento constante de un sistema de almacenamiento de energía de batería a lo largo de su vida útil nominal, ya que el calor desigual en un paquete hace que algunas celdas se degraden más rápido que otras.
Cómo la refrigeración líquida mejora la consistencia
Un sistema enfriado por líquido hace circular refrigerante a través de placas o tuberías selladas que permanecen en contacto térmico directo con cada celda o módulo, extrayendo el calor de manera uniforme en lugar de depender del flujo de aire que puede dejar zonas de celdas más calientes que otras. La refrigeración líquida puede mantener la temperatura distribuida en un paquete de baterías dentro de aproximadamente 3 grados Celsius, en comparación con una variación de 8 a 15 grados Celsius que se observa comúnmente en los diseños enfriados por aire.
Por qué es importante la diferencia tras años de funcionamiento
Una distribución de temperatura más estrecha significa que las celdas dentro de un paquete envejecen a una velocidad más cercana, lo que reduce las probabilidades de fallas tempranas de las celdas individuales y ayuda a que el paquete general retenga la capacidad utilizable por más tiempo. Esta coherencia se vuelve especialmente importante a medida que la escala del proyecto crece hacia instalaciones de megavatios-hora y gigavatios-hora, donde el valor de una vida útil extendida se combina con una inversión de capital mucho mayor.
Cómo la escala del sistema cambia las prioridades de diseño
La misma tecnología de celda central admite categorías de productos muy diferentes una vez ampliadas o reducidas, y las prioridades cambian según dónde se encuentre el sistema en ese rango.
| Escala del sistema | Rango de capacidad típico | Prioridad de diseño principal |
|---|---|---|
| Residencial | 5 a 20 kWh | Tamaño compacto, funcionamiento silencioso, instalación sencilla |
| Gabinete comercial e industrial. | 200 a 400 kWh | Reducción de picos, durabilidad en exteriores, gabinete con clasificación IP |
| Escala de megavatios industriales y de servicios públicos | Megavatio-hora a gigavatio-hora | Ciclo de vida prolongado, refrigeración líquida y confiabilidad a escala de red |
Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd diseña en toda esta gama, produciendo celdas, módulos, paquetes de baterías y sistemas completos de baterías de almacenamiento de energía bajo una estructura de fabricación integrada verticalmente, que permite que la calidad constante de las celdas se transmita desde pequeños paquetes residenciales hasta implementaciones industriales y a escala de servicios públicos.
Estándares de seguridad que se aplican a las celdas de baterías de almacenamiento de energía
Debido a que un sistema de almacenamiento de energía de batería almacena una gran cantidad de energía en un espacio compacto, la validación de seguridad es una parte central del diseño responsable del sistema en lugar de un complemento opcional.
- IEC 62619 establece requisitos de seguridad internacionales para pilas y baterías de litio secundarias utilizadas en aplicaciones estacionarias.
- UL 1973 es el estándar principal de los Estados Unidos para sistemas de almacenamiento de energía de baterías estacionarias y motrices, y cubre pruebas de abuso como cortocircuito, sobrecarga y choque térmico.
- La certificación ONU 38.3 es necesaria para el transporte aéreo de baterías de litio y es importante para cualquier sistema que deba enviarse internacionalmente.
- Una clasificación IP54 o superior indica protección contra el polvo y las salpicaduras de agua, lo cual es importante para cualquier paquete instalado al aire libre.
Preguntas frecuentes sobre cómo funcionan los sistemas de almacenamiento de energía en baterías
¿Cuál es la diferencia entre una celda de batería, un módulo y un paquete?
Una celda es la unidad de almacenamiento de energía individual más pequeña, un módulo es un grupo de celdas conectadas entre sí en serie y paralelo, y un paquete es un conjunto completo de módulos junto con el sistema de administración de baterías, el cableado y el gabinete necesarios para funcionar como una unidad de almacenamiento independiente.
¿Por qué la mayoría de los sistemas modernos de almacenamiento de energía en baterías utilizan celdas LFP?
Las celdas LFP combinan una fuerte estabilidad térmica con un ciclo de vida prolongado, que normalmente alcanza entre 4000 y 6000 ciclos antes de caer al 80 por ciento de la capacidad original, lo que las hace muy adecuadas para sistemas estacionarios que priorizan la longevidad y la seguridad sobre la mayor densidad de energía que ofrecen otras químicas.
¿Funciona un sistema de almacenamiento de energía con batería sin luz solar ni generador?
Sí, una vez cargado, un sistema de almacenamiento de energía de batería puede descargar la energía almacenada independientemente de cualquier fuente de generación activa, que es exactamente lo que le permite alimentar una casa o instalación durante un corte de red o un período sin producción solar.
¿Cómo previene el sistema de gestión de baterías el daño de las celdas?
El sistema de administración de la batería monitorea continuamente el voltaje, la corriente y la temperatura a nivel de la celda, e interrumpe la carga o descarga automáticamente si alguna lectura se sale del rango seguro, al mismo tiempo que equilibra la carga entre las celdas para que ninguna celda sea presionada más que el resto del paquete.
¿Es necesaria la refrigeración líquida para todos los sistemas de almacenamiento de energía de baterías?
No para todos los sistemas, ya que los paquetes residenciales más pequeños a menudo funcionan adecuadamente con refrigeración por aire, pero la refrigeración líquida se vuelve cada vez más valiosa a medida que el tamaño del sistema crece hacia la escala comercial e industrial, donde un control de temperatura más estricto extiende significativamente la vida útil a través de una inversión de capital mucho mayor.
