הפיתוח של כל מוצר אינו יכול לסטות מהמטרה הסופית של השגת ביצועי עלות גבוהים יותר. בתהליך, למרות שעשויה להיות מגמה נגדית של מחיר גבוה עם ניסיון גבוה שהביאו על ידי פריצות דרך טכנולוגיות, המגמה הסופית היא עדיין להשיג ביצועים בעלויות גבוהות עם הפופולריות של טכנולוגיות חדשות.
אז לאן מועדות הפיתוח הטכנולוגי של מוצרי אחסון אנרגיה?
מערכות אחסון אנרגיה מורכבות בעיקר מארבעה מרכיבים עיקריים: סוללות, מערכות ניהול סוללות, מערכות ניהול תרמיות ומערכות בטיחות. לאחר מכן, הבה נדון בארבעת המרכיבים העיקריים הללו:
1. סוללה
דובר בעבר ב"מוצרי אחסון אנרגיה מהדור הבא" ו"המחלוקת על חמשת מסלולי המפרט של סוללות לאחסון אנרגיה" כי קיבולת ההספק של מוצרי תא אחסון אנרגיה חשמליים ומוצרי מערכת תופסת "גדול יותר הוא טוב יותר" ככל שהפיתוח העתידי כיוון. עם זאת, הגודל של מוצרי הסוללה מוגבל בסופו של דבר. לאחר שקיבולת הסוללה מגיעה לרמה מסוימת, עדיין צריך לעשות מאמצים לפתח את הבטיחות הפנימית של התאים ולשפר את ניצול ביצועי התא.
יתרה מכך, יש צורך להבדיל בין מוצרי סוללה לפי תרחישי היישום בתחומים מחולקים שונים ואזורים ספציפיים, כדי לענות בצורה מלאה יותר על הצרכים של יישומים שונים.
2. מערכת ניהול סוללות
כיום, מערכת ניהול הסוללה עוסקת בעיקר בניטור מתח הסוללה, טמפרטורה, זרם וכן הלאה. הוא עוקב בעיקר אחר הנתונים שכבר התרחשו ומבצע הגנת כיבוי ופעולות אחרות מהחריגות שכבר התרחשו.
מה שאנו מצפים ממערכת ניהול הסוללות הוא:
a. הוא יכול לנטר באופן יזום את מצב הסוללה ולחזות את מצב הסוללה העתידי באמצעות הנתונים שנוצרו בעבר.
b. ניתן להשתמש במערכת ניהול הסוללה כדי לנצל באופן מלא את ביצועי הסוללה לאורך כל מחזור החיים שלה ולהתאים באופן עצמאי את מצבי הביצועים החריגים של הסוללה.
3. מערכת ניהול תרמית
מערכת הניהול התרמי של הסוללה התפתחה מהקירור הטבעי הראשוני לקירור אוויר מאולץ ולצורת הלוח המקורר הנוזלי הנוכחי. עם זאת, עדיין נמצא שהוא אינו יכול לספק סביבת טמפרטורת עבודה מספקת לסוללות. זה מתבטא בעיקר בטמפרטורות סוללה גבוהות (בסביבות 37 מעלות), הפרשי טמפרטורה גדולים בין סוללות (5 - 8 מעלות), ושדות טמפרטורה גדולים בתוך תאי הסוללה (15 - 20 מעלות).
התעשייה גם בוחנת באופן פעיל שיטות ניהול תרמיות מסוג חדש. לאחרונה, שיטת הקירור הנוזל בטבול מלא, כפי שמוצג באיור, ממקמת את תאי הסוללה במיכל קירור נוזלי ולאחר מכן מזריקה את נוזל הקירור לתוך המיכל כדי לטבול לחלוטין את הסוללות, ולהשיג מגע רב כיווני ורב זוויתי לחום בִּזבּוּז.
היתרונות העיקריים הם כדלקמן:
a. נוזל הקירור יוצר קשר ישיר עם תאי הסוללה, בעל יעילות חילופי חום גבוהה יותר בהשוואה ללוחות הקירור הנוזליים של קירור עקיף, ויכול להתקרר או להתחמם במהירות.
b. תאי הסוללה יפזרו חום לכל הכיוונים כשהם שקועים במלואם, והטמפרטורה בכל נקודה בתוך תאי הסוללה אחידה יותר (כ-3 מעלות) בהשוואה לזו של סוג לוחית הקירור הנוזלית.
c. לאחר טבילה מלאה של תאי הסוללה, ניתן להשיג רמה גבוהה של אחידות טמפרטורה בין הסוללות על ידי שליטה בהפרש הטמפרטורה בין כניסת הנוזל ליציאת הנוזל.
d. כאשר תאי הסוללה שקועים במלואם בנוזל הקירור, האזורים הריקים בין תאי הסוללה מתמלאים בנוזל הקירור ומופרדים על ידי רווחים. במקרה של בריחת תרמית של תא סוללה בודד, הטמפרטורה יכולה להילקח במהירות על ידי נוזל הקירור, הטמפרטורה המפוזרת מבודדת על ידי נוזל הקירור ולא תיצור דיפוזיה תרמית. האלקטרוליט שנפלט עקב בריחת תרמית ייספג ויפרק גם בנוזל הקירור, והגז בטמפרטורה הגבוהה שנפלט מתאי הסוללה יבודד בנוזל הקירור ובכך ישפר את בטיחות הסוללה.
ישנם יתרונות רבים של קירור נוזלי מסוג טבילה, אך הפיתוח שלו אינו חלק:
a. נוזל הקירור צריך לטבול במלואו את הסוללות ובעל נזילות טובה ובטיחות גבוהה, ולכן קשה לבחור את נוזל הקירור.
b. יש מספר רב של סוללות במערכת, וקשה לתכנן את תעלות הזרימה במקרה של טבילה מלאה. סביר להניח שיופיעו פינות, וכתוצאה מכך הפרשי טמפרטורות גדולים.
לאחרונה, באמצעות מחקר נתונים והשוואה של שיטות קירור שונות, נמצא שניתן לחבר מוצרי קירור מסוג מוליכים למחצה ישירות על פני השטח של תאי הסוללה לשימוש. עם זאת, בשל הספק נמוך ואי נוחות ליישום בקנה מידה גדול, הם משמשים כיום בעיקר במסירי לחות בגדלים קטנים, מכשירי מים ומוצרים אחרים.
כפי שהוזכר לעיל, לגבי הפיתוח האחרון של טכנולוגיות ניהול תרמי, בטווח הארוך, ניהול תרמי חכם הוא הכיוון האולטימטיבי של ניהול תרמי סוללה. באמצעות ניהול תרמי חכם, ניתן לשמור על סביבת טמפרטורת העבודה האופטימלית של סוללות עם צריכת אנרגיה מינימלית במידה הרבה ביותר.
ניהול תרמי חכם הוא איזון מקיף שלוקח בחשבון גורמים סביבתיים חיצוניים כגון טמפרטורה, לחות, מהירות רוח, תאורה, חום גיאותרמי, וכן רכיבים פנימיים כגון סוללות, רכיבים חשמליים, כבלים וניהול תרמי. הוא משלב את החיזוי של הסביבה החיצונית כדי לצפות מראש אם יש צורך בחימום או קירור ואת ההספק המתאים. זה מבטיח שלסוללות המערכת יש סביבת טמפרטורה אופטימלית ותנודות בטווח קטן יחסית.
4. מערכת בטיחות
מערכת בטיחות הסוללה היא השורה התחתונה של המערכת.
נכון להיום, מערכת ההגנה מפני אש פרפלואורוהקסנון היא הזרם המרכזי בתעשייה, ויש יצרנים שמשתמשים באירוסולים וכו'. ההבדל העיקרי טמון בסוכנים, מה שמוביל לשינויים במארח ההגנה מפני אש, בעוד ששאר גילויים ואזעקות דומים למדי.
כיום, הגנה מפני אש מסוג גז או חומר דמוי גז כגון פרפלואורוהקסנון ואירוסול מסתמכים בעיקר על ריכוז הסוכן להגנה מפני אש. כאשר ריכוז הגז יורד עם הזמן, עדיין יש סיכון של התלקחות מחדש בחבילת הסוללות.
לכן, כיום, חלק ממפעלי אחסון אנרגיה מאמצים הגנה מפני אש בטבילה מלאה נוזלית.
העיקרון הבסיסי הוא: על ידי טבילה מלאה של תאי הסוללה בחבילת הסוללה עם תווך נוזלי, המדיום הנוזלי מקיף את התאים לחלוטין, מפחית במהירות את הטמפרטורה שנוצרה לאחר תקלת התא, בידוד גזים דליקים בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה שנוצרו לאחר כשל דרך המדיום הנוזלי, והאלקטרוליט שנפלט לאחר כשל התא יכול להיספג ולהיסחף על ידי המדיום הנוזלי.
עם זאת, נכון להיום, סעיף האיתור של מערכת הבטיחות של מערכת אגירת האנרגיה בתעשייה אינו תלוי במערכת ניהול הסוללה. בדרך כלל, בדיקה רב-באחד המשלבת טמפרטורה, גז, VOC וכו' מוגדרת במיקום מסוים של ערכת הסוללות, עם דיוק מוגבל ביותר, שלא לדבר על רגישות.
בכל תהליך ההגנה על בטיחות הסוללה, ישנה רק ההבחנה בין תקלה לאי תקלה, חסרה לחלוטין את שלב הטמפרטורה הגבוהה לפני תקלת הסוללה.
לכן, מה שצריך לעשות קודם כל כרגע, ומה שארגונים רבים עושים, הוא לקשר את מערכת ניהול הבטיחות עם מערכת ניהול הסוללה. אחרי הכל, מערכת ניהול הסוללה מנטרת את המתח והטמפרטורה של כל תא בזמן אמת.
5. מערכת משולבת חכמה
כיום, בתעשיית האנרגיה החדשה, במיוחד בתחום החשמל, הפיתוח התבוני מתקדם במהירות. מאמר זה קובע כי פיתוח מערכות סוללות חייב לכלול גם אינטליגנציה מקיפה של מערכות ניהול סוללות, מערכות ניהול תרמיות ומערכות בטיחות.
מערכת הבטיחות משתמשת בנתוני הניטור של מערכת ניהול הסוללה ומשלבת אותם עם נתוני החיזוי החכמים של מערכת הניהול התרמי להשלמת התרעה מוקדמת, אזעקה וכיבוי אש לפני כישלון תאי הסוללה, תוך מזעור הפסדים. ביניהם, בשלב הטמפרטורה הגבוהה לפני כשל תאי הסוללה, מערכת הבטיחות יכולה להתחיל את קירור ההספק הגבוה של ההנהלה התרמית כדי לדכא את תגובת הכשל של תאי הסוללה. בנוסף, באמצעות ניטור והשוואה ביג דאטה, ניתן לחזות מראש את זמן התרחשות וסוג החריגות בסוללה, ולעשות שיטות טיפול מתאימות מוקדם ככל האפשר.