مع نمو الطلب على الطاقة، أصبح تطوير تكنولوجيا تخزين الطاقة نقطة ساخنة في الصناعة، حيث تمثل 60٪ من تكلفة نظام تخزين الطاقة، وحظيت حزمة بطارية تخزين الطاقة باهتمام واسع النطاق. تزداد أهمية حزمة بطارية الليثيوم لتخزين الطاقة ذات الجهد المنخفض كحل فعال وموثوق لتخزين الطاقة.
1. ما هي حزمة بطارية الليثيوم ذات الجهد المنخفض لتخزين الطاقة؟
تجمع بطارية الليثيوم ذات الجهد المنخفض، كما يوحي الاسم، بين المفاهيم الثلاثة “الجهد المنخفض” و”بطارية الليثيوم” و”الحزمة”.
أولاً، ما هو Pack ؟
تُعرف حزمة البطارية أيضًا باسم وحدة البطارية، وهي نوع من التعبئة والتغليف والتجميع في عملية إنتاج البطارية. فهي تربط خلايا فردية متعددة بالتوازي والتسلسل، وتشكل شكلًا محددًا وفقًا لمتطلبات العميل، ويُطلق عليه الحزمة.
ثانياً، ما هي بطارية الليثيوم؟
في المجال الحالي لـ “الطاقة الكهروضوئية + تخزين الطاقة” المنزلية، تعد البطاريات السائدة لبطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم أيون، وبطاريات الليثيوم أيون هي التكنولوجيا السائدة لتخزين الطاقة الكهروكيميائية . تبلغ القدرة المركبة لتخزين الطاقة الكهروكيميائية العالمية في عام 2021 21.1 جيجاوات. منها، تمثل بطاريات الليثيوم أيون 93.9٪، وبطاريات الرصاص الحمضية 2.2٪، وبطاريات الصوديوم 2.0٪، وبطاريات التيار السائل 1.2٪. بالمقارنة مع بطاريات الرصاص الحمضية، تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بأوقات دورة ممتازة وكثافة طاقة ووقت استجابة وصديقة للبيئة . في الماضي، حدت التكلفة العالية من تطورها. في السنوات الأخيرة، مع تطور التكنولوجيا، استمرت التكلفة في الانخفاض، وستصبح بطاريات الليثيوم أيون الاتجاه الرئيسي للتنمية في المستقبل.
وأخيرًا، ما هي بطارية الجهد المنخفض ؟
عادةً ما يكون لبطاريات تخزين الطاقة ذات الجهد المنخفض جهد يتراوح بين 48-60 فولت، وعند استخدامها، لا يمكن توصيل البطاريات على التوالي مع بعضها البعض لزيادة الجهد (أي بغض النظر عن عدد البطاريات التي يتم الوصول إليها، يكون الجهد دائمًا هو نفسه). تتمتع بطاريات تخزين الطاقة ذات الجهد المنخفض بمتطلبات منخفضة لنظام إدارة البطاريات، ولها تأثير أقل على اختلال توازن البطاريات، والتكنولوجيا أكثر نضجًا، وبالتالي فإن السعر منخفض نسبيًا أيضًا .
عادة ما يكون الجهد الفردي لبطارية التخزين عالية الجهد بين 80-100 فولت، واستخدام بطارية الجهد العالي من خلال الاتصال التسلسلي لتعزيز الجهد، يمكن زيادة الجهد الإجمالي النهائي إلى حوالي 400-600 فولت (التخزين المنزلي)، بطارية التخزين عالية الجهد على BMS لديها متطلبات تقنية وسلامة أعلى، وبالتالي فإن السعر أعلى أيضا.
نظرًا لكثافة الطاقة العالية لخلايا البطارية ذات الجهد العالي، فإن أداء سلامتها أقل من أداء البطاريات ذات الجهد المنخفض، والتي تكون أكثر عرضة للاحتراق التلقائي أو الانفجار الذاتي نسبيًا، ويمكن للبطاريات ذات الجهد المنخفض أن تقلل بشكل كبير من مخاطر السلامة في عملية النقل والتركيب والاستخدام. من حيث سلسلة التوريد، فإن العرض الضيق الحالي للبطاريات ذات الجهد العالي في السوق يجعل من الصعب على العملاء شراء بطاريات عالية الجهد تلبي توقعاتهم، في حين توفر بطاريات الجهد المنخفض من CHISAGE ESS المزيد من الخيارات .
2. هيكل حزمة بطارية الليثيوم لتخزين الطاقة ذات الجهد المنخفض
يتضمن تكوين حزمة بطارية تخزين الطاقة ذات الجهد المنخفض بشكل أساسي وحدة بطارية واحدة ونظامًا كهربائيًا وصندوقًا والعديد من الأجزاء الرئيسية لنظام إدارة البطارية.
إذا تمت مقارنة حزمة البطارية بجسم الإنسان، فيمكن اعتبار وحدة البطارية بمثابة القلب، المسؤول عن تخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية؛ ويمكن اعتبار النظام الكهربائي بمثابة الشرايين والأوعية الدموية والشبكة العصبية، التي تقوم بتوصيل الطاقة الكهربائية للبطارية باستمرار إلى الأحمال النهائية ونقل إشارات الكشف والتحكم في الوقت الفعلي؛ ويمكن اعتبار العلبة بمثابة الهيكل العظمي، الذي يلعب دورًا في دعم ومقاومة التأثيرات الميكانيكية وحماية البيئة؛ ويمكن اعتبار نظام إدارة البطارية بمثابة الدماغ، المسؤول عن قياس معلمات مثل الجهد والتيار ودرجة الحرارة وما إلى ذلك للبطارية. يمكن اعتبار نظام إدارة البطارية بمثابة الدماغ، المسؤول عن قياس جهد البطارية والتيار ودرجة الحرارة والمعلمات الأخرى.
3. مبدأ وعملية تصنيع حزمة بطارية الليثيوم ذات الجهد المنخفض لتخزين الطاقة
يعتمد المبدأ الأساسي لحزمة بطارية الليثيوم منخفضة الجهد على الخاصية الكهروكيميائية لتفاعل الأكسدة والاختزال. عند الشحن، تشكل أيونات الليثيوم LiCoO2 أو LiFePO4 في مادة القطب الموجب (مثل LiCoO2 أو LiFePO4)، وفي نفس الوقت، في مادة القطب السالب (مثل الجرافيت)، تدخل أيونات الليثيوم إلى الجرافيت المعدني من الإلكتروليت وتتحول إلى ذرات ليثيوم. عند التفريغ، تعود أيونات الليثيوم بشكل عكسي إلى البطارية لتكوين LiFePO4 أو LiCoO2 وتتأكسد إلى أيونات الليثيوم في نفس الوقت.
تعتمد حزمة بطارية الليثيوم ذات الجهد المنخفض على عملية اللحام بالليزر المتقدم واللحام بالموجات فوق الصوتية بطريقتين، واللحام بالليزر هو استخدام شعاع الليزر عالي الكثافة كمصدر للحرارة لطريقة اللحام الدقيقة عالية الكفاءة. اللحام بالموجات فوق الصوتية هو استخدام موجات اهتزاز عالية التردد تنتقل إلى سطح جسمين ليتم لحامهما، تحت الضغط، بحيث يكون سطح الجسمين للاحتكاك بين بعضهما البعض وتكوين اندماج بين الطبقات الجزيئية. تعتمد حزمة بطارية الجهد المنخفض CHISAGE ESS على تقنية اللحام بالليزر، واستخدام ليزر IPG الألماني الحالي، لتجنب احتكاك سطح اللحام بالموجات فوق الصوتية الناجم عن تلف صمام الإغاثة، وأكثر موثوقية .
4. معلمات حزمة بطارية الليثيوم ذات الجهد المنخفض والاختيار
ترتبط معلمات حزمة بطارية الليثيوم منخفضة الجهد واختيار البطارية ارتباطًا وثيقًا بالحاجة إلى مراعاة التركيب والكهرباء والسلامة والاستخدام والبيئة. فيما يلي مثال لحزمة بطارية الليثيوم منخفضة الجهد CE48100-W (51.2 فولت/100 أمبير) من CHISAGE ESS ، مع تقديم المعلمات التي يجب الانتباه إليها عند اختيار البطارية:
معلمات التثبيت
(1) الوزن/الأبعاد
يبلغ وزن CE48100-W 55 كجم وأبعاده 430×191.5×630 مم. عند اختيار حزمة البطارية، يحتاج العملاء إلى مراعاة قدرة تحمل الأرضية أو الحائط والمساحة المتاحة للتركيب، وما إذا كان طول وعرض وارتفاع نظام البطارية سيكون مقيدًا في هذه المساحة.
(2) التثبيت
تتوفر بطاريات الليثيوم منخفضة الجهد من CHISAGE ESS في أنواع مثبتة على الأرض أو الحائط، والتي يمكن اختيارها وفقًا للتفضيل الشخصي وصعوبة التركيب الفعلية. تدعم CE48100-W كلا النوعين من التركيب، وأسلوبها البسيط والأنيق مناسب لمجموعة واسعة من السيناريوهات.
(3) درجة الحماية
يشير هذا إلى قدرة حماية غلاف المعدات الكهربائية ضد دخول المواد الغريبة (الغبار والسوائل وما إلى ذلك)، وكلما ارتفع مستوى الحماية، كان التأثير أفضل. مستوى الحماية لـ CE48100-W هو IP65، وهو ينتمي إلى مستوى الحماية الأعلى.
المعايير الكهربائية
(1) الطاقة الاسمية
يعد اختيار سعة البطارية المناسبة عملية معقدة، بالإضافة إلى مراعاة الحمل، تحتاج أيضًا إلى مراعاة سعة شحن البطارية وتفريغها، والطاقة القصوى للعاكس، وساعات طاقة الحمل، وسيناريوهات التطبيق المحددة، وما إلى ذلك. السعة المقدرة لـ CE48100-W هي 5.12 كيلو وات في الساعة، والتي تلبي بشكل أساسي احتياجات تخزين طاقة البطارية للعائلة العامة.
(2) جهد التشغيل
يجب أن يتوافق نطاق الجهد هذا مع نطاق إدخال بطارية العاكس، الجهد العالي أو الأقل من نطاق جهد بطارية العاكس سيؤدي إلى عدم إمكانية استخدام نظام البطارية مع العاكس، نطاق جهد التشغيل CE48100-W هو 40 ~ 58.4 فولت، وهو مناسب لأي عاكس تخزين الطاقة المنزلية CHISAGE ESS.
(3) الحد الأقصى لتيار الشحن/التفريغ
يحدد أقصى تيار شحن/تفريغ يدعمه نظام البطارية وقت شحن/تفريغ البطارية. يتمتع CE48100-W بتيارين شحن أقصى يبلغ 50 أمبير وتيار تفريغ أقصى يبلغ 100 أمبير، أي أنه يدعم شحن 0.5C وتفريغ 1C.
معايير السلامة
(1) نوع بطارية ليثيوم أيون
تنقسم بطاريات الليثيوم أيون بشكل أساسي إلى بطاريات حمض الليثيوم والكوبالت وبطاريات حمض الليثيوم والمنجنيز وبطاريات حمض الليثيوم والنيكل وبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم وبطاريات الليثيوم الثلاثية وما إلى ذلك وفقًا لمواد الكاثود المختلفة. مع مراعاة السلامة والاستقرار والفعالية من حيث التكلفة، فإن CE48100-W تتبنى بطارية فوسفات الحديد الليثيوم الأكثر استقرارًا وموثوقية.
(2) الضمان
انتبه إلى محتوى شروط ضمان البطارية وفترة الضمان ونطاقه. هناك بشكل عام عاملان يؤثران على ضمان البطارية، الأول هو فترة الضمان، والثاني هو عدد الدورات ضمن عمق تفريغ معين، مع وصول الأول إلى الموعد النهائي لفترة الضمان . على سبيل المثال، تتمتع CE48100-W بضمان لمدة 5 سنوات (ضمان ممتد لمدة 10 سنوات)، ويبلغ عدد الدورات 6000 عند 80٪ DOD (عمق التفريغ). إذا تم تجاوز 6000 دورة في غضون 5 سنوات، فإن الضمان قد انتهى.
المعايير البيئية
(1) نطاق درجة الحرارة
انتبه إلى نطاق درجة الحرارة المحيطة التي تدعمها البطارية، حيث أن تجاوز نطاق درجة الحرارة سيؤثر على الاستخدام العادي للبطارية. تدعم بطارية CE48100-W نطاق درجة حرارة الشحن من 0 إلى 55 درجة مئوية، ونطاق درجة حرارة التفريغ من -20 إلى 55 درجة مئوية.
(2) الرطوبة
بالنسبة لبعض المناطق الرطبة أو المرتفعة، يجب الانتباه إلى هذه المعلمة، نطاق الرطوبة للبطارية CE48100-W يتراوح من 20% إلى 95%.
بالإضافة إلى ذلك، تحتاج أيضًا إلى الانتباه إلى خصائص أخرى لبطاريات تخزين الجهد المنخفض، من أجل توفير تجربة استخدام أكثر ملاءمة وراحة للمستخدمين. على سبيل المثال، تعتمد بطارية CHISAGE ESS على بطاريات من الدرجة A ذات سعة قابلة للاستخدام أعلى؛ فهي تدعم ما يصل إلى 15 بطارية بالتوازي لتلبية الطلب على توسيع سعة تخزين البطارية؛ كما تدعم أيضًا الإعداد التلقائي لعنوان BMS ، وهو متوافق مع المزيد من العاكسات. يمكن للمستخدمين اتخاذ الخيار الأنسب لأنفسهم وفقًا للطلب الفعلي، مع مراعاة وظائف البطارية المختلفة.
تتمتع بطاريات الليثيوم منخفضة الجهد لتخزين الطاقة بآفاق تطبيق واسعة في مجال الطاقة الجديدة، وتبرز بشكل خاص في أنظمة تخزين الطاقة المنزلية وأنظمة تخزين الطاقة الصناعية/التجارية ، والتي يمكن تطبيقها على المنازل والمكاتب ومراكز التسوق ومحلات السوبر ماركت والمستشفيات وغيرها من الاحتياجات متعددة السيناريوهات. إن مزاياها المتمثلة في السلامة العالية والعمر الطويل وكثافة الطاقة العالية تجعلها واحدة من الاتجاهات المهمة في تطوير تكنولوجيا تخزين الطاقة. ستواصل CHISAGE ESS تكريس نفسها للبحث والتطوير وتطبيق بطاريات الليثيوم منخفضة الجهد لتخزين الطاقة، مما يساهم في تطوير صناعة الطاقة الجديدة.
