Por que a taxa C da bateria de armazenamento de energia -- residencial e comercial -- é de 0,5C?

Sistemas de armazenamento de energia e sistemas off-grid contêm baterias, e um importante indicador de desempenho das baterias é a velocidade de carga e descarga ou a capacidade de carga e descarga. É comum encontrar o parâmetro "xxC" nos requisitos técnicos ou nos parâmetros técnicos da bateria, como "0,2C", "0,3C", "1C" ou "2C". Em sistemas de armazenamento de energia, o parâmetro mais comum é "0,5C". Então, por que 0,5C é o mais comum?

1. O que é "C"?

C é a primeira letra da unidade de carga, Coulomb. Este conceito foi proposto pela primeira vez pelo físico francês Coulomb e define a quantidade de eletricidade que passa pela área da seção transversal de um fio em 1 segundo. Em baterias de armazenamento de energia, C é usado para indicar a taxa de carga e descarga da bateria. Geralmente, a magnitude da corrente de carga e descarga é expressa por essa taxa de carga e descarga. Uma taxa de carga e descarga de 1C significa que a bateria de armazenamento de energia pode descarregar toda a sua eletricidade em 1 hora; 2C significa que a bateria de armazenamento de energia pode descarregar toda a sua eletricidade em 0,5 hora.

2. Como o "C" é calculado ou obtido?

C (taxa de carga e descarga) é um conceito lógico e não um conceito fixo como corrente (A) e tensão (V). Por exemplo, um circuito passa uma corrente de 1 A. Independentemente do dispositivo usado para medi-la, o valor da corrente de 1 A é o mesmo. Quanto à capacidade de carga e descarga de 1 C, ela também está relacionada à capacidade específica da bateria. Para uma bateria com capacidade de 1 Ah, sua corrente de carga e descarga de 1 C é de 1 A; para uma bateria com capacidade de 2 Ah, sua corrente de carga e descarga de 1 C é de 2 A. E assim por diante.

Em sistemas de baterias de armazenamento de energia, a escolha comum de projeto de taxa de carga e descarga de 0,5 C (ou seja, a capacidade da bateria é totalmente carregada ou descarregada em 2 horas) se baseia principalmente nos seguintes motivos principais:

1. Prolongando a vida útil da bateria

- O custo da cobrança e quitação de taxas elevadas:

Quanto maior a taxa de carga e descarga da bateria (taxa C), mais rápido os íons de lítio são inseridos/extraídos do material do eletrodo, resultando em:

- Reações químicas secundárias intensificadas (como espessamento do filme SEI, decomposição de eletrólitos);

- Aumento do estresse estrutural do material (expansão/contração do eletrodo, ruptura de partículas);

- Aumento da geração interna de calor (envelhecimento acelerado).

Esses fatores encurtarão significativamente a vida útil da bateria (por exemplo, uma descarga de 1C pode reduzir a vida útil em 30% a 50% em comparação a 0,5C).

- Requisitos de vida dos cenários de armazenamento de energia:

Os sistemas de armazenamento de energia (como armazenamento de energia residencial e armazenamento de energia na rede) geralmente exigem uma vida útil de mais de 10 anos (mais de 6.000 ciclos).

O uso de uma estratégia de carga e descarga suave de 0,5 C pode reduzir a taxa de atenuação da bateria e atender aos requisitos de longa vida útil.

2. Reduzir a dificuldade de gerenciamento térmico

-A relação entre calor e taxa:

O calor gerado pela resistência interna da bateria é proporcional ao quadrado da corrente (\(P = I^2 \cdot R\)).

- Corrente de 0,5C: Suponha que a capacidade da bateria seja de 100Ah e a corrente seja de 50A;

- Corrente 1C: A corrente é 100A → o calor é 4 vezes maior que o anterior.

- Custo e risco de dissipação de calor:

Os sistemas de armazenamento de energia geralmente usam baterias de grande porte, e a operação de alta taxa requer sistemas de dissipação de calor mais complexos (como resfriamento líquido), que são caros e aumentam o risco de falhas.

O design de 0,5C simplifica o gerenciamento térmico (convecção natural ou resfriamento a ar podem atender aos requisitos), reduz custos e melhora a segurança.

3. Atendendo aos requisitos dos cenários de aplicação de armazenamento de energia

- Tipo de energia vs. tipo de aplicação de potência:

- Sistema de armazenamento de energia: principalmente requisitos de tipo de energia (como redução de pico e preenchimento de vale, armazenamento fotovoltaico), que requer produção de energia estável a longo prazo e baixos requisitos de energia instantânea;

- Bateria de energia (como veículos elétricos): requer projeto de tipo de energia (1C~3C) para atender a requisitos de alta potência, como aceleração e carregamento rápido.

- Aplicabilidade de 0,5C:

Tomando como exemplo o armazenamento típico de energia doméstica:

- A capacidade da bateria é de 10 kWh e a potência de descarga de 0,5 C é de 5 kW, o que pode cobrir a maioria das cargas domésticas (ar condicionado, iluminação, etc.);

- Se for necessária maior potência (como carga de impacto de curto prazo), isso pode ser resolvido por meio do projeto do sistema (como aumentar a capacidade do inversor) sem aumentar a taxa da bateria.

4. Exceções em aplicações reais

- Cenários de alta potência de curto prazo:

Alguns cenários especiais de armazenamento de energia (como regulação de frequência da rede, energia de reserva de UPS) exigem resposta rápida e podem usar baterias de maior taxa (como 1C~2C), mas às custas de vida útil e custo.

- Progresso na tecnologia de baterias:

Com a maturidade das baterias de estado sólido, eletrodos negativos à base de silício e outras tecnologias, as baterias de armazenamento de energia podem suportar taxas mais altas (como 1C) e manter uma vida útil longa no futuro, mas 0,5C ainda é a escolha principal no momento.

Uma taxa de carga e descarga muito alta afetará a vida útil da bateria, portanto, ela não deve ser definida muito alta;

Claro, C também não é muito baixo. Por exemplo, 0,1 °C, 0,2 °C e 0,3 °C são taxas comuns em baterias de chumbo-ácido. A corrente de carga é pequena e a velocidade é lenta. Embora proteja melhor a bateria, em projetos de armazenamento de energia industrial e comercial, onde a rede elétrica estadual possui períodos de pico-vale-planície e o objetivo principal é obter benefícios de diferença de preço de pico-vale, obviamente reduzirá o número de kWh carregados e descarregados no mesmo período, reduzindo assim a receita diária e prolongando o período de retorno, portanto, não é adequado.

No geral, a escolha de uma taxa de carga e descarga de 0,5 C leva em consideração tanto as capacidades de carga e descarga da bateria quanto a proteção de sua vida útil, além de levar em conta a compatibilidade com os períodos de pico e vale.

Por exemplo, um sistema de gabinete único de 209 kWh ou 215 kWh, com um PCS de 100 kW, pode ser totalmente carregado ou descarregado em 2 horas, o que é consistente com a duração dos períodos de pico e vale designados pelas concessionárias de energia elétrica locais. O carregamento e o descarregamento podem ser realizados dentro do período correspondente, evitando desperdício de energia e tempo, e os benefícios esperados podem ser obtidos, o que é razoável.

Bateria de lítio Hope Light Solar para uso residencial e comercial: