แบตเตอรี่ลิเธียมมีอายุการใช้งานนานแค่ไหน? รอบ อายุการใช้งาน และความเป็นจริงในการจัดเก็บ

สอบถามผู้วางระบบสิบรายว่าแบตเตอรี่ลิเธียมมีอายุการใช้งานยาวนานเพียงใด และคุณจะได้รับค่าประมาณที่แตกต่างกันสิบแบบ นั่นไม่ใช่เพราะอุตสาหกรรมสับสน เป็นเพราะอายุการใช้งานแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับบริบท ในการจัดเก็บแบบอยู่กับที่ โดยปกติแล้ว แบตเตอรีแบตเตอรีลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (แอลเอฟพี) สมัยใหม่จะสามารถใช้งานได้นาน 10 ถึง 15 ปี หรือประมาณ 3,000 ถึง 7,000 รอบการชาร์จที่ระดับความลึก 80% เปิดเครื่องโดยร้อน หมุนเวียนให้เป็นศูนย์ทุกวัน หรือปล่อยทิ้งไว้ที่สถานะการชาร์จ 100% และแบตเตอรี่เดิมก็สามารถมีอายุเร็วขึ้นสองเท่า

คำตอบสั้นๆ: วงจรชีวิตกับชีวิตในปฏิทิน

ตัวเลขสองตัวกำหนดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียม อายุการใช้งานของวงจรคือจำนวนรอบการชาร์จและการคายประจุที่มีอยู่ก่อนที่ความจุจะลดลงจนถึงเกณฑ์การสิ้นสุดอายุการใช้งานของผู้ผลิต ซึ่งโดยทั่วไปคือ 80% ของความจุที่กำหนด อายุการใช้งานของปฏิทินคือช่วงเวลาก่อนที่ความเสื่อมแบบเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นตามอายุเพียงอย่างเดียว แม้ว่าจะใช้งานแบตเตอรี่อย่างจำกัดก็ตาม ในโครงการส่วนใหญ่ กระบวนการทั้งสองเกิดขึ้นพร้อมกัน นั่นคือเหตุผลว่าทำไมแบตเตอรี่จึงสามารถเลิกใช้หลังจากผ่านไปเพียงแปดปีแม้ว่าจะมีรอบการใช้งานน้อยกว่า 1,000 รอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเก็บไว้ที่อุณหภูมิสูงหรือคงไว้ที่สถานะประจุที่สูงมาก

อายุขัยโดยเคมีลิเธียม

ลิเธียมเป็นกลุ่มของเคมี ไม่ใช่สูตรเดียว เซลล์ที่ใช้โคบอลต์ให้ความหนาแน่นของพลังงานสูงแต่เสื่อมสภาพเร็วกว่า ในขณะที่เซลล์ LFP เสียสละความหนาแน่นของพลังงานบางส่วนเพื่อการหมุนเวียนที่ยาวนานขึ้นมาก ลิเธียมไททาเนต (แอลทีโอ) ก้าวไปไกลกว่านั้นและใช้งานในจุดที่รอบหลายพันรอบมีความสำคัญมากกว่าราคา

ความจุที่สิ้นสุดอายุการใช้งานมักจะถูกกำหนดให้เป็น 80% ของความจุเริ่มต้น แบตเตอรี่สามารถทำงานได้ต่อไปหลังจากนั้น แต่ความจุที่มีประสิทธิภาพลดลงมากพอที่จะส่งผลกระทบต่อความประหยัดของโครงการ

สิ่งที่ทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมสั้นลงจริงๆ

ผู้ผลิตให้คะแนนอายุการใช้งานแบตเตอรี่ภายใต้สภาวะของห้องปฏิบัติการ ได้แก่ อุณหภูมิคงที่ กระแสไฟที่ควบคุม และความลึกของการคายประจุคงที่ โลกแห่งความจริงเป็นสิ่งที่คาดเดาได้ยาก โปรเจ็กต์จะสูญเสียอายุการใช้งานแบตเตอรี่ด้วยวิธีที่คาดเดาได้ห้าวิธี

อุณหภูมิสุดขั้ว

ความร้อนเร่งปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์ รวมถึงปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดความชราด้วย การทำงานต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูงกว่า 35 องศาเซลเซียส สามารถลดอายุการใช้งานของวงจรลงได้ 20% หรือมากกว่า อุณหภูมิที่เย็นจัดจะสร้างความเสียหายถาวรได้น้อยกว่า แต่การชาร์จเซลล์ลิเธียมที่มีอุณหภูมิใกล้หรือต่ำกว่า 0 องศา C สามารถชุบโลหะลิเธียมบนขั้วบวกได้ ส่งผลให้สูญเสียความจุอย่างถาวร ระบบการจัดการระบายความร้อนที่ดีจะรักษาอุณหภูมิของเซลล์ให้อยู่ระหว่าง 15 องศาเซลเซียส ถึง 35 องศาเซลเซียส

การปลดปล่อยลึก

ความลึกของการปล่อย (DOD) เป็นพารามิเตอร์การทำงานที่สำคัญที่สุด เซลล์ที่ถูกหมุนเวียนจาก 100% ถึง 0% อาจได้รับการจัดอันดับสำหรับ 3,000 รอบเท่านั้น เซลล์เดียวกันหมุนเวียนจาก 80% เป็น 20% ซึ่งเป็น DOD 60% มักจะสามารถเกิน 5,000 รอบได้ ด้วยเหตุนี้ ตัวควบคุมการจัดเก็บพลังงานส่วนใหญ่จะจำกัด DOD ไว้ที่ประมาณ 80% เพื่อสร้างสมดุลระหว่างกำลังการผลิตและอายุการใช้งาน

อัตราการชาร์จและคายประจุ

อัตรา C สูงจะสร้างความร้อนและความเครียดทางกายภาพต่อโครงสร้างอิเล็กโทรด แบตเตอรี่ที่ใช้สำหรับการชาร์จอย่างรวดเร็วบ่อยครั้งและการคายประจุพลังงานสูงจะเสื่อมสภาพเร็วกว่าแบตเตอรี่ที่ใช้สำหรับเอาต์พุตที่สม่ำเสมอและปานกลาง เมื่อประเมินระบบจัดเก็บข้อมูล ให้สอบถามอายุการใช้งานที่คาดหวังที่อัตรา C จริงที่คุณต้องการใช้งาน

สถานะของประจุที่จัดเก็บ

การรักษาเซลล์ลิเธียมให้มีสถานะการชาร์จ 100% เป็นเวลาหลายวันหรือหลายสัปดาห์จะช่วยเร่งการเสื่อมสภาพแม้ว่าแบตเตอรี่จะไม่เคยหมุนเวียนก็ตาม สำหรับการจัดเก็บ มักแนะนำให้ใช้ SOC 40% ถึง 50% สำหรับเซลล์ลิเธียม ในระบบปฏิบัติการ BMS ควรหลีกเลี่ยงช่วงเวลาที่ไม่ได้ใช้งานเป็นเวลานานในสภาวะประจุที่สูงถึงขั้นวิกฤต

คุณภาพเซลล์และระบบการจัดการ

เซลล์เกรด A จากผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงมีความต้านทานภายในต่ำกว่าและอายุที่คาดการณ์ได้ดีกว่าเซลล์เกรด B ระบบการจัดการแบตเตอรี่ก็มีความสำคัญเช่นกัน การทำความเข้าใจว่าเทคโนโลยีการจัดการแบตเตอรี่เพิ่มประสิทธิภาพและอายุการใช้งานให้เหมาะสมได้อย่างไรจึงเป็นสิ่งจำเป็นก่อนที่จะซื้อระบบ BMS ปรับสมดุลแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ จำกัดกระแสไฟฟ้า และบันทึกสัญญาณเตือนที่เผยให้เห็นเมื่อแบตเตอรี่ทำงานหนักเกินไป

BESS แบบคอนเทนเนอร์: การออกแบบตู้เปลี่ยนอายุการใช้งานได้อย่างไร

สำหรับโครงการระดับสาธารณูปโภคและนอกระบบ แบตเตอรี่จะไม่วางบนชั้นวาง มันอาศัยอยู่ภายในภาชนะที่ต้องปกป้องมันจากความร้อน ฝุ่น ความชื้น และความเครียดทางกล เซลล์ลิเธียมที่ดีที่สุดในโลกจะเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วหากบรรจุในตู้ที่มีการระบายอากาศไม่ดีและไม่มีการควบคุมความร้อน EHT สร้างช่วงการจัดเก็บแบตเตอรี่รอบๆ โมดูล LFP และ NMC ในรูปแบบคอนเทนเนอร์ 20 ฟุต, 32 ฟุต, 40 ฟุต และ 45 ฟุต โดยแต่ละโมดูลมีระบบควบคุมอุณหภูมิและ BMS ระดับสตริง

โครงการกริดขนาดเล็กและขนาดกลาง

สำหรับโครงการสาธารณูปโภคขนาดเล็ก คอนเทนเนอร์จัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ขนาด 20 ฟุตสามารถให้กำลังการผลิตได้หลายเมกะวัตต์-ชั่วโมง ในขณะที่ยังคงรักษาโมดูลแบตเตอรี่ไว้ในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม การเดินสายเคเบิล การทำความเย็น และการตรวจสอบที่ประกอบจากโรงงานช่วยลดข้อผิดพลาดในการติดตั้ง และให้ข้อมูลที่สะอาดแก่ BMS ตั้งแต่วันแรก

ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวความหนาแน่นสูง

โครงการที่มีความหนาแน่นสูงจะเปลี่ยนไปใช้ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวด้วยเหตุผลบางประการ ภาชนะจัดเก็บแบบระบายความร้อนด้วยของเหลวขนาด 32 ฟุตจะรักษาอุณหภูมิที่สม่ำเสมอบนชั้นวางทั้งหมด ดังนั้นเซลล์ที่อยู่ใกล้ด้านล่างและด้านบนจะมีอัตราเท่ากัน อุณหภูมิที่สม่ำเสมอเป็นกุญแจสำคัญที่ซ่อนอยู่ในอายุการใช้งานแบตเตอรี่: ความแตกต่างเพียง 5 องศาเซลเซียสระหว่างโมดูลสามารถสร้างความไม่สมดุลของความจุที่มองเห็นได้หลังจากผ่านไปสองสามปี

ภาชนะจัดเก็บแบตเตอรี่ระบายความร้อนด้วยของเหลวขนาด 32 ฟุต ความจุ 3.72 MWh ออกแบบมาสำหรับการติดตั้งที่มีความหนาแน่นสูง ภาชนะระบายความร้อนด้วยของเหลวนี้รักษาอุณหภูมิของชั้นวางให้สม่ำเสมอ ช่วยลดความไม่สมดุลของความจุเมื่อเวลาผ่านไป มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงการขนาดกริดและสอดคล้องกับการออกแบบระบบของผู้ผลิตรายใหญ่ ดูผลิตภัณฑ์ →

การติดตั้งระดับยูทิลิตี้ขนาดใหญ่

ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์และกังหันลมขนาดใหญ่มักใช้โมดูลที่ใหญ่กว่า ตู้คอนเทนเนอร์ขนาด 45 ฟุตที่มีเซลล์ลิเธียมและโซเดียมไอออนจะเพิ่มกำลังการผลิตในระดับโครงการ ในขณะเดียวกันก็กระจายต้นทุนของเปลือกตู้คอนเทนเนอร์ไปยังพลังงานที่เก็บไว้มากขึ้น สิ่งที่สำคัญที่สุดสำหรับอายุการใช้งานคือการควบคุมความร้อนและกรอบเวลาการทำงานที่กำหนดโดย BMS

คอนเทนเนอร์เก็บพลังงานลิเธียมและโซเดียม-ไอออนขนาด 45 ฟุตสำหรับโครงการขนาดใหญ่ ด้วยตัวเลือกสำหรับเซลล์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตหรือโซเดียมไอออน คอนเทนเนอร์ขนาดใหญ่นี้จะเพิ่มกำลังการผลิตของโครงการในขณะที่ลดต้นทุนต่อหน่วย การระบายความร้อนด้วยอากาศและการกำหนดค่าที่ปรับขนาดได้รองรับความต้องการการจัดเก็บพลังงานด้านพลังงานและด้านกริด ดูผลิตภัณฑ์ →

รายการตรวจสอบการจัดซื้อแบตเตอรี่ลิเธียมที่มีอายุการใช้งานยาวนาน

อายุการใช้งานแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับระบบพอๆ กับเซลล์ ดังนั้นการจัดซื้อจึงควรมุ่งเน้นไปที่เงื่อนไขที่สามารถวัดผลได้ มากกว่าภาษาทางการตลาด เปรียบเทียบซัพพลายเออร์โดยใช้ประเด็นเหล่านี้

• ยืนยันพื้นฐาน DOD สำหรับวงจรชีวิตที่เสนอ วงจรชีวิตที่อ้างว่าอยู่ที่ 50% DOD ไม่สามารถเทียบเคียงได้กับวงจรชีวิตที่ 90% DOD
• ตรวจสอบความจุที่สิ้นสุดอายุการใช้งานที่ใช้ในการรับประกัน มาตรฐานทั่วไปที่สุดคือ 80% ของความจุป้ายชื่อ แต่ซัพพลายเออร์บางรายใช้ 70%
• ขอช่วงอุณหภูมิการทำงานและสอบถามว่าค่าเผื่อความร้อนคงเหลือเท่าใดในสภาพแวดล้อมโดยรอบ 40 องศาเซลเซียส
• ตรวจสอบว่า BMS ปรับสมดุลที่ระดับเซลล์หรือระดับสตริง การปรับสมดุลระดับเซลล์ช่วยป้องกันการสูญเสียความจุก่อนเวลาอันควรได้ดียิ่งขึ้น
• ถามว่าอายุการใช้งานเท่าไรขึ้นอยู่กับแผนการบริการ การเปลี่ยนตัวกรอง การตรวจสอบน้ำหล่อเย็น และการบำรุงรักษาคอนแทคเตอร์ส่งผลต่อประสิทธิภาพในระยะยาว

ภาชนะบรรจุแบตเตอรี่สองใบอาจดูเหมือนกันบนกระดาษ แต่อายุจะแตกต่างกันมากเมื่อติดตั้งแล้ว รายการตรวจสอบแยกระบบทางวิศวกรรมออกจากกล่องทั่วไป

การซื้อกลับบ้านครั้งสุดท้าย

ระยะเวลาที่แบตเตอรี่ลิเธียมมีอายุการใช้งานไม่ใช่จำนวนคงที่ มันเป็นผลมาจากเคมี คุณภาพของเซลล์ สิ่งแวดล้อม และกลยุทธ์การดำเนินงาน สำหรับการจัดเก็บพลังงานแบบคอนเทนเนอร์สมัยใหม่ ให้วางแผนอายุการใช้งานตามปฏิทิน 10 ถึง 15 ปีและ 3,000 ถึง 7,000 รอบที่ 80% DOD และปกป้องศักยภาพนั้นด้วยการควบคุมความร้อนที่เหมาะสมและ BMS ที่มีความสามารถ หากคุณกำหนดให้ปัจจัยเหล่านั้นเป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนดแทนที่จะคิดในภายหลัง ระบบแบตเตอรี่ที่จัดส่งจะสามารถใช้งานได้ตามอายุการใช้งานที่แสดงอยู่ในเอกสารข้อมูล