Как долго работают литий-ионные аккумуляторы? Циклическая жизнь, факты о продолжительности жизни BESS

Когда владелец проекта спрашивает нас, как долго прослужит литий-ионная батарея, он обычно пытается принять решение о покупке: стоит ли мне платить больше за более долговечную систему или достаточно более дешевого устройства? Прямой ответ заключается в том, что литий-ионная батарея в хорошо спроектированной стационарной системе хранения обычно обеспечивает от 4000 до 6000 полных эквивалентных циклов, что соответствует примерно 10-15 годам, если система работает один раз в день. Для сравнения, батарея в смартфоне обычно выдерживает от 300 до 500 циклов, прежде чем станет заметной деградация. Химия та же самая; Разница заключается в том, как ячейка работает, охлаждается и управляется.

Срок службы литий-ионного аккумулятора: цифры, которые имеют значение

Два разных часа измеряют срок службы литий-ионной батареи. Срок службы подсчитывает количество полных циклов зарядки и разрядки, прежде чем емкость упадет ниже определенного порога, обычно от 70 до 80 процентов от первоначального номинала. Календарный срок службы подсчитывает годы, в течение которых батарея может находиться в системе, прежде чем внутреннее сопротивление и саморазряд сделают ее непрактичной. Срок службы батареи может достигнуть через любой из часов, и более быстрый обычно определяет дату замены.

Для контейнера хранения в масштабе сети или вне сети срок службы является наиболее важным, поскольку ожидается, что система будет работать каждый день. Батарея, рассчитанная на 4000 циклов работы 365 раз в год, обеспечивает примерно 11 лет полезной службы. Увеличение порога до 6000 циклов продлевает этот срок примерно до 16 лет, при условии, что сначала не появится другой режим отказа.

Что сокращает срок службы литий-ионной батареи в реальной работе?

Производители публикуют базовое количество циклов, но операционная среда определяет, достигнете ли вы его. Следующие факторы (в порядке воздействия) значительно меняют реальное число.

Глубина разряда (DoD)

У каждого литий-ионного элемента есть предпочтительное рабочее окно. Регулярная разрядка до 100 процентов ускоряет рост межфазного слоя твердого электролита, который поглощает ионы лития и повышает внутреннее сопротивление. Ограничение разрядки до 80 или даже 70 процентов может удвоить количество полезных циклов. Контейнерные системы используют систему управления батареями (BMS) для автоматического обеспечения этого окна, но владелец проекта должен указать желаемый ежедневный рабочий диапазон на этапе проектирования.

Экстремальные температуры

Тепло — самый быстрый способ старения литий-ионных элементов. Выше 35°С существенно возрастает скорость побочных реакций внутри клетки; Поэтому многие производители систем хранения данных используют жидкостное охлаждение или активное управление температурным режимом, чтобы поддерживать температуру аккумулятора в диапазоне от 20°C до 30°C. Холод менее вреден для срока службы календаря, но снижает полезную емкость и может привести к образованию литиевого покрытия во время зарядки при температуре ниже 0°C. Хорошо спроектированный контейнер включает в себя как пути нагрева, так и пути охлаждения, а не только один.

Скорость зарядки и разрядки (C-Rate)

C-rate показывает, насколько быстро заряжается или разряжается аккумулятор в зависимости от его емкости. Тариф 1С разряжает аккумулятор емкостью 100 Ач за один час; температура 0,5°C занимает два часа. Высокие значения C создают тепловые и механические нагрузки на структуру электрода. Стационарные контейнеры для хранения энергии обычно работают при температуре от 0,2°C до 0,5°C для ежедневной езды на велосипеде, что щадит клетки. Приложения реагирования на спрос или снижения пиковых нагрузок могут повысить мгновенные скорости, и конструкция системы должна учитывать это в настройках температуры и BMS.

BMS и качество клеток

Система управления аккумулятором является наиболее важным инженерным компонентом, определяющим реальный срок службы. Хорошая BMS балансирует напряжение элементов, ограничивает температуру элементов, управляет состоянием заряда и предотвращает перегрузку по току. Технология управления батареями напрямую определяет, сколько циклов проработает система до замены. Качество клеток от производителя имеет одинаковое значение; элементы с более широким разбросом напряжения вынуждают BMS ограничивать полную упаковку, эффективно снижая полезную емкость с первого дня.

Как долго работают литий-ионные аккумуляторы при контейнерном хранении энергии?

Контейнерные аккумуляторные системы хранения энергии (BESS) построены на основе того же химического состава литий-ионных аккумуляторов, но спроектированы так, чтобы достигать верхнего предела срока службы. Контейнер обеспечивает структурную защиту, терморегулирование, пожарную безопасность и контролируемую электрическую среду. В EHT мы проектируем и производим контейнеры BESS в 20-футовых, 32-футовых, 40-футовых и 45-футовых форматах, каждый из которых адаптирован к ожидаемому рабочему профилю проекта клиента.

40-футовый контейнер высокой емкости обеспечивает мощность 3,5 МВтч с архитектурой жидкостного охлаждения, которая удерживает температуру элемента в узком диапазоне, а это именно то, о чем нам говорят данные о сроке службы. 20-футовый контейнер подходит для проектов в области электросетей и возобновляемых источников энергии, где пространство ограничено, но ежедневный график езды на велосипеде остается стабильным. Для более крупных установок 45-футовый контейнер с литиевыми и натрий-ионными элементами обеспечивает гибкость в транспортировке и стоимости жизненного цикла.

40-футовый контейнер для хранения энергии большой емкости с жидкостным охлаждением Этот 40-футовый контейнер обеспечивает мощность 3–5 МВтч с тепловым управлением с жидкостным охлаждением и идеально подходит для проектов интеграции на уровне сети и возобновляемых источников энергии, которые требуют эффективного снижения пиковых нагрузок и балансировки нагрузки. Просмотреть продукт →

20-футовый контейнер для хранения энергии для проектов в области электросетей и возобновляемых источников энергии Компактный 20-футовый контейнер с жидкостным охлаждением, подходящий для сетей с ограниченным пространством или возобновляемых источников энергии, предлагающий настраиваемую мощность от 1,5 до 35 МВтч для стабильной ежедневной езды на велосипеде. Просмотреть продукт →

45-футовый литий-ионный контейнер для хранения для крупномасштабного использования Этот 45-футовый контейнер предлагает два варианта химического состава — литий-ионный (5 МВт-ч) или натрий-ионный (3,6 МВт-ч) с воздушным охлаждением, что обеспечивает гибкость для крупномасштабной диспетчеризации и управления затратами в течение жизненного цикла. Просмотреть продукт →

На практике контейнерная BESS от производителя, который контролирует тепловую, электрическую и структурную интеграцию, может реально рассчитывать на срок службы от 10 до 15 лет при ежедневном цикле. Поставщики элементов указывают от 6000 до 8000 циклов в идеальных условиях испытаний; Контейнерная система — это то, что позволяет воспроизводить эти идеальные условия в полевых условиях.

Практические шаги по увеличению срока службы батареи в проекте хранения данных

Владельцы могут предпринять конкретные действия, которые продлят срок эксплуатации актива. Следующие методы работы, по нашему мнению, имеют наибольшее значение в этой области.

1. Определите ежедневный DoD в алгоритме EMS. Установка 80% DoD по умолчанию вместо 100% существенно продлит срок службы упаковки.
2. Поддерживайте систему терморегулирования в обслуживании. Грязные фильтры или низкий уровень охлаждающей жидкости заставляют компрессор работать интенсивнее, и в аккумуляторе возникают нежелательные скачки температуры.
3. Отслеживайте тенденции BMS, а не только сигналы тревоги. Медленный дрейф разброса напряжения на элементе является ранним признаком старения аккумулятора и позволяет спланировать корректирующие действия до серьезного сбоя.
4. По возможности планируйте зарядку в прохладные часы. Для автономных объектов это может сдвинуть окно зарядки на раннее утро и снизить тепловую нагрузку.
5. Не заряжайте аккумулятор полностью и не держите аккумулятор на уровне 100% в течение длительного времени. Высокий уровень заряда без циклического включения особенно опасен для литий-ионных элементов.

Эти методы не требуют дорогостоящих обновлений; они требуют продуманных правил работы и готовности проверять данные. В проекте, который следует за ними, первоначальный порог мощности обычно достигается на один или два года позже, чем в идентичной системе без такой дисциплины.

Планирование прекращения эксплуатации: что происходит, когда емкость снижается?

Даже при идеальной работе каждая литий-ионная батарея в конечном итоге достигает точки, когда ее емкость перестает быть экономичной для данного применения. В большинстве проектов контейнерного хранения окончание срока службы не означает, что весь контейнер выбрасывается. Контейнер, оборудование для преобразования энергии и конструктивные компоненты спроектированы таким образом, чтобы их можно было сохранить; заменяются только аккумуляторные модули. Это основная причина выбора поставщика, который обеспечивает доступ к аккумуляторному отсеку и модульную электрическую архитектуру.

При планировании инвестиций в системы хранения данных включите бюджет на замену аккумуляторных модулей на период с 10 по 12 год. Это означает, что финансовая модель должна рассматривать батарею как расходный материал, а не как 25-летний актив. Сам контейнер с соответствующим покрытием и структурной сертификацией может пережить несколько поколений батарей. Если вы оцениваете поставщика, партнерство с производителем это может обеспечить как корпус, так и знания об интеграции, поскольку эта комбинация определяет, будет ли цикл замены дешевым и быстрым или дорогим и медленным.

Попросите у системного интегратора кривую снижения мощности, используя ожидаемый рабочий профиль, а не только номер цикла из таблицы данных. Эта кривая является наиболее полезной информацией для сравнения ставок и установления реалистичных ожиданий в отношении обслуживания.