¿Qué es el almacenamiento de energía en baterías?

A sistema de almacenamiento de energía de batería(BESS) es un sistema que utiliza baterías como portador de almacenamiento de energía para almacenar y liberar energía eléctrica. Puede almacenar energía eléctrica durante un período de tiempo determinado y suministrar energía eléctrica en los momentos adecuados según la demanda. Tiene funciones tales como transición suave, reducción de picos y llenado de valles, regulación de frecuencia y regulación de voltaje.

 

A sistema de almacenamiento de energía de bateríaconsta de: baterías, componentes eléctricos, soporte mecánico, sistemas de calefacción y refrigeración (sistemas de gestión térmica), un sistema de conversión de energía bidireccional, un sistema de gestión de energía y un sistema de gestión de baterías.

 

Como una de las tecnologías clave para el almacenamiento de nueva energía, las baterías de almacenamiento de energía desempeñan un papel crucial a la hora de aumentar la proporción del consumo de energía renovable y garantizar el funcionamiento seguro y estable del sistema eléctrico. Las baterías de iones de litio-, como componentes clave del almacenamiento de energía, son el "eje central" que determina el progreso del almacenamiento de energía electroquímica. Las baterías de iones de litio-se clasifican en baterías de fosfato de hierro y litio y baterías de iones de litio-ternarias según los materiales de sus cátodos. El mercado de almacenamiento de energía está dominado principalmente por las baterías de fosfato de hierro y litio. Eliminar la diferencia día-noche pico-valle es el principal escenario de aplicación para los sistemas de almacenamiento de energía, y el tiempo de uso del producto afecta directamente la rentabilidad del proyecto. Una unidad de almacenamiento de energía, generalmente refiriéndose a una batería, es el dispositivo básico en un sistema de almacenamiento de energía que se utiliza para almacenar y liberar energía eléctrica.

Estructura de la batería:

Material del electrodo positivo: la parte de la batería donde ocurre la reacción de oxidación. Los materiales comunes de los electrodos positivos incluyen óxido de litio y cobalto (LiCoO2), fosfato de litio y hierro (LiFePO4) y óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC).

Material del electrodo negativo: la parte de la batería donde ocurre la reacción de reducción. Los materiales comunes de los electrodos negativos incluyen grafito, silicio y estaño.

• Electrolito: Medio de transporte de iones en la batería. Puede ser líquido o sólido (electrolito sólido). El electrolito permite que los iones se muevan entre los electrodos positivo y negativo, completando el proceso de carga y descarga.
• Separador: Situado entre los electrodos positivo y negativo, su función es evitar el contacto directo entre los electrodos positivo y negativo, que podría provocar un cortocircuito, al tiempo que permite el paso de los iones.
• Colector de corriente: generalmente hecho de metal (como cobre y aluminio), utilizado para transferir la corriente desde la celda al circuito externo.
• Carcasa de la batería: La estructura externa de la batería, utilizada para proteger los componentes internos y proporcionar soporte mecánico.
• Sistema de gestión de baterías (BMS): Responsable de monitorear y gestionar el proceso de carga y descarga de la batería, garantizando el funcionamiento seguro de la batería y optimizando su rendimiento y vida útil.

Principio de funcionamiento de las baterías de almacenamiento de energía.

Componentes de gestión térmica

• Sensores: Sensores de temperatura, sensores de presión, etc., utilizados para monitorear parámetros como temperatura y presión de la batería y el ambiente en tiempo real.
• Unidad de control: normalmente un microcontrolador o sistema informático que controla el funcionamiento del equipo de gestión térmica en función de datos de sensores y algoritmos preestablecidos.
• Equipo de refrigeración:
• Sistema de refrigeración por aire: Incluye ventiladores, canales de aire, intercambiadores de calor, etc., disipando el calor a través del flujo de aire.
• Sistema de refrigeración líquida: Incluye bombas, refrigerante, radiadores, placas de refrigeración, etc., que eliminan el calor mediante la circulación del refrigerante.
• Equipos de calefacción: como calentadores eléctricos, calentadores de material de cambio de fase, etc., utilizados para calentar la batería en entornos de baja-temperatura.
• Materiales aislantes: se utilizan para reducir el impacto del entorno externo sobre la temperatura de la batería y mantener la estabilidad de la temperatura interna.
• Actuadores: como válvulas, bombas, etc., utilizados para controlar el flujo de refrigerante o aire.
• Conectores: Incluye tuberías, cables, etc., que conectan varios componentes para garantizar el funcionamiento normal del sistema.

Principio de funcionamiento de la gestión térmica

1. Monitoreo de temperatura: Los sensores monitorean continuamente la temperatura de la batería y del ambiente, transmitiendo los datos a la unidad de control.
2. Análisis de datos: la unidad de control analiza los datos para determinar si es necesario activar el equipo de refrigeración o calefacción.
3. Proceso de enfriamiento:-Enfriamiento por aire: cuando la temperatura excede un umbral establecido, el ventilador se enciende, empujando aire a través de la superficie de la batería para eliminar el calor. Enfriamiento por líquido: una bomba empuja el refrigerante a través de una placa de enfriamiento o directamente en contacto con la batería, absorbiendo el calor antes de regresar al radiador para el intercambio de calor.
4. Proceso de calentamiento: en entornos de baja-temperatura, el equipo de calentamiento se activa, liberando calor a través de energía eléctrica o materiales de cambio de fase para elevar la temperatura de la batería.
5. Regulación de temperatura: la unidad de control ajusta la intensidad de refrigeración o calefacción basándose en datos{0}}en tiempo real para garantizar que la temperatura de la batería se mantenga dentro de su rango operativo óptimo.
6. Uniformidad de distribución del calor: una ruta de flujo de aire o de refrigerante bien diseñada garantiza una distribución uniforme de la temperatura dentro del paquete de baterías.
7. Protección de seguridad: el sistema también incluye protección contra sobrecalentamiento, detección de fugas y otras funciones de seguridad para evitar posibles riesgos de seguridad.
8. Optimización inteligente: los sistemas modernos de gestión térmica pueden integrar algoritmos de inteligencia artificial para optimizar las estrategias de control, mejorar la eficiencia energética y aumentar la velocidad de respuesta.
9. Monitoreo remoto: el sistema puede admitir funciones de control y monitoreo remoto, lo que permite al personal de mantenimiento comprender el estado del sistema en tiempo real y realizar ajustes.

Sistema de gestión de batería (BMS)

El sistema de gestión de baterías (BMS) es un componente central de un sistema de almacenamiento de energía, responsable de gestionar y monitorear el estado operativo del paquete de baterías para garantizar su seguridad, confiabilidad y funcionamiento eficiente. Los siguientes son los componentes básicos, principios de funcionamiento y funciones clave de un BMS:

Sistema de gestión de baterías (BMS): componentes básicos

Componentes de hardware:

• Sensores: Se utilizan para monitorear parámetros físicos de la batería, como voltaje, corriente y temperatura.
• Placas de Circuito: Incluye la placa de circuito principal de control y las placas de circuito de comunicación, responsables del procesamiento y comunicación de datos.
• Procesador: La unidad de control central, que analiza y calcula el estado de la batería y ejecuta las estrategias de control correspondientes.
• Relés y Circuitos de Protección: Se utilizan para desconectar los circuitos de carga y descarga de la batería en situaciones anormales, protegiendo la batería de daños.
• Interfaz de comunicación: Se utiliza para la comunicación de datos con sistemas externos (como sistemas de control de vehículos, servidores, etc.).

Principio de funcionamiento del sistema de gestión de baterías (BMS):

1. Adquisición de datos: el BMS recopila parámetros de la batería como voltaje, corriente y temperatura en tiempo real a través de sensores.
2. Procesamiento de datos: el procesador procesa los datos adquiridos y calcula información clave como el estado de carga/descarga de la batería, la capacidad restante y la resistencia interna.
3. Ejecución de la estrategia de control: según los resultados del procesamiento de datos, el BMS ejecuta las estrategias de control correspondientes, como ajustar la corriente de carga/descarga y realizar el equilibrio de la batería.
4. Comunicación y retroalimentación: el BMS intercambia datos con sistemas externos a través de una interfaz de comunicación, recibe comandos externos y envía información sobre el estado de la batería a los sistemas externos.

 

Un convertidor de almacenamiento de energía (PCS) puede compararse con un "cargador de gran tamaño", un componente clave en un sistema de almacenamiento de energía. Posee capacidades de conversión bidireccional y juega un papel crucial en el sistema. Permite la conversión de energía y el flujo bidireccional entre la batería de almacenamiento de energía y la red. Puede convertir corriente continua (CC) en corriente alterna (CA) o viceversa para satisfacer las necesidades de carga y descarga de la red del sistema de almacenamiento de energía. El PCS actúa como un "puente" en el sistema de almacenamiento de energía, conectando la batería de almacenamiento de energía y la red, asegurando el funcionamiento eficiente y estable del sistema.

 

Un sistema de gestión de energía (EMS) es un componente clave de un sistema de almacenamiento de energía. Es responsable de monitorear, controlar y optimizar el flujo de energía y la eficiencia operativa de todo el sistema.

"Una buena solución surge del diseño de alto nivel-y un buen sistema surge del EMS", lo que destaca la importancia del EMS en los sistemas de almacenamiento de energía.

El EMS existe para agregar información de todos los subsistemas dentro del sistema de almacenamiento de energía, monitorear de manera integral la operación general del sistema y tomar decisiones relevantes para garantizar la operación segura del sistema. El EMS carga datos en la nube y proporciona herramientas operativas para el personal de administración de back-end del operador. Al mismo tiempo, el EMS es responsable de la interacción directa con los usuarios. El personal de mantenimiento del usuario puede utilizar el EMS para ver el funcionamiento en tiempo real-del sistema de almacenamiento de energía e implementar el monitoreo.