Kuongezeka kwa mifumo ya uhifadhi wa nishati ya betri (BESS) katika gridi-matumizi ya mizani yamebadilisha kimsingi jinsi wahandisi wa ulinzi wa moto wanavyokabiliana na upunguzaji wa hatari ya joto. Tofauti na usakinishaji wa kawaida wa umeme ambapo tabia ya moto hufuata mienendo ya mwako inayoweza kutabirika, lithiamu-mioto ya betri ya ioni huwasilisha hali ya kutoweza kupotea inayotokana na utokaji wa hali ya hewa ya kielektroniki{3}}mwenye-kujitegemea-msururu wa athari ya joto kali ambayo mbinu za kawaida za ukandamizaji hazikuundwa kushughulikia. Mlipuko wa McMicken wa 2019 huko Arizona, tukio la Beijing Dahongmen la 2021, na makosa mengi ambayo hayajaripotiwa karibu{8}}yamelazimisha kuangaliwa upya kwa jumla kuhusu jinsi tunavyobuni, kugawanya na kulinda rasilimali hizi za nishati zinazoongezeka kila mahali.
Shida ya Kukimbia kwa Joto (na kwa nini sio "Moto" tu
Haya ndiyo ambayo wasimamizi wengi wa mradi hawaelewi kikamilifu wanaposhinikiza uboreshaji wa gharama katika ukandamizaji wa moto: moto wa betri ya lithiamu-ioni sio moto kwa maana ya jadi. Ni kinu kemikali imekwenda muhimu.
Seli inapoingia kwenye hali ya hewa joto, mfuatano huanza na mtengano wa safu ya SEI karibu 90-digrii 120 . Hii hutoa oksijeni ndani. Electrode hasi huanza kuguswa na elektroliti. Vifaa vyema vya electrode hupitia mabadiliko ya awamu na hutengana. Electrolyte hupuka na kuwaka. Yote hii hutokea katika chuma kilichofungwa kinaweza kushinikizwa na kukusanya gesi-hidrojeni, monoxide ya kaboni, methane, ethilini, floridi hidrojeni.
Jedwali la matukio? Kutoka kwa hitilafu ya awali hadi uingizaji hewa wa vurugu: wakati mwingine dakika, wakati mwingine sekunde.
Kinachofanya mifumo ya vyombo kuwa ya hila ni jiometri ya nafasi iliyofungiwa. Una mamia, wakati mwingine maelfu ya seli zinazopakiwa kwenye kontena la ISO la futi 20-au futi 40. Seli moja haifanyi kazi, huwasha majirani zake kupitia upitishaji na mionzi, na ghafla hushughulikii tukio la seli moja-unatazama mporomoko wa uenezi kupitia rafu nzima, kisha rafu zilizo karibu.
Nimekagua ripoti za matukio ambapo muda kutoka kwa kengele ya kwanza ya joto hadi kuhusika kwa kontena nzima ilikuwa chini ya dakika nne.
Mandhari ya Kudhibiti: Kazi ya Viraka Inayobadilika Polepole
Hali ya viwango inasalia, kusema ukweli, fujo-ingawa inaboreka.
NFPA 855 imeibuka kama rejeleo la ukweli katika masoko ya Amerika Kaskazini. Toleo la 2023 liliimarisha mahitaji kwa kiasi kikubwa baada ya mfululizo wa matukio katika 2019-2021. Masharti muhimu ni pamoja na uwezo wa juu zaidi wa nishati wa kWh 600 kwa kila kitengo bila uthibitishaji wa ziada wa majaribio ya moto, vikomo vya kWh 50 kwa kila safu ya betri, na nafasi ya chini ya futi 3 kati ya uniti au kwenye kuta.
Karatasi ya Data ya FM Global 5-33 inachukua mbinu ya kihafidhina zaidi katika mambo mengi, hasa kuhusu mahitaji ya uingizaji hewa wa deflagration.
Mazingira ya udhibiti wa China yamebadilika haraka. Kiwango cha kawaida cha Beijing cha DB11/T 1893 kilikuwa cha msingi sana kilipotolewa mwaka wa 2021-kiwango cha kwanza cha kikanda ili kuamuru{7}}maalum ya kiwango cha ulinzi wa moto. T/CEC 373-2020 ya mifumo ya kabati iliyotengenezwa tayari ya LFP ilianzisha mahitaji ya ukandamizaji wa kiwango cha moduli ambayo viwango vingi vya kimataifa bado havijalingana.
Kinachonifadhaisha kuhusu hali ya sasa: bado hakuna upatanisho wa kweli wa kimataifa. Mfumo ulioundwa kwa viwango vya Kichina hauwezi kukidhi mahitaji makubwa ya UL 9540A-ya kupima moto. Mfumo unaopitisha uidhinishaji wa FM unaweza usilandani na viwango vya Ulaya vya EN. Kwa watengenezaji wa kimataifa, hii husababisha maumivu ya kichwa ya kweli ya ununuzi.
Mpangilio wa Chombo: Jiometri ya Kuishi
Mahitaji ya umbali wa kutenganisha yanatofautiana zaidi kuliko yanavyopaswa katika maeneo ya mamlaka, lakini fizikia ya msingi ni thabiti: unajaribu kuzuia uhamishaji wa joto wa radi kuwasha vitengo vilivyo karibu huku ukidumisha ufikiaji wa dharura.
Viwango vya Uchina vinabainisha nafasi ya chini ya mita 4 kati ya vitengo vya kontena, inaweza kupunguzwa tu na vizuizi vya moto vilivyokadiriwa vya saa 4 vinavyoenea kwa mita 1 zaidi ya bahasha ya kontena pande zote. NFPA inataka futi 20 (takriban mita 6) msingi, inayoweza kupunguzwa hadi sufuri na vizuizi vya saa 3.
Miradi mingi ambayo nimeona ikijaribu kupunguza gharama-ya ardhi, hata hivyo. Njia ya kizuizi inakuwa ya kuvutia. Lakini hili ndilo suala la kivitendo: vizuizi hivyo vinahitaji kustahimili sio tu joto linalong'aa lakini shinikizo la kupindukia linalowezekana. Ukuta wa kawaida wa CMU hautaukata. Unahitaji zege iliyoimarishwa au sawa, iliyotiwa nanga vizuri, bila miingilio ambayo inaweza kuhatarisha ukadiriaji.
Usambazaji wa-hadithi moja unakaribia ulimwenguni pote kwa sababu nzuri. Vyombo vya kuweka vilijaribiwa kwa muda mfupi na viunganishi vingine kufuatia msongamano wa nishati. Changamoto za kukandamiza na shida za egress ziliua njia hiyo haraka.
Mawazo ya tovuti ambayo mara nyingi hupuuzwa:
Umbali wa njia za barabara na barabara za umma ni muhimu sana kwa majibu ya dharura. Upungufu wa mita 30-kutoka kwa njia za reli katika viwango vya Uchina upo kwa sababu uharibifu + moto wa BESS=hali mbaya ambayo hakuna anayetaka kutafakari. Ukaribu na vyanzo vya asili vya maji sio tu kuwa na usambazaji wa kukandamiza{6}ni kuhusu uwezo endelevu wa kupoeza kwa udhibiti wa halijoto baada ya tukio ambao unaweza kudumu kwa siku kadhaa.
Nini Kweli Ndani ya Sanduku
BESS ya kisasa iliyo na kontena sio tu betri zilizojazwa kwenye kontena la usafirishaji. Usanifu wa ndani umebadilika sana.
Kwa kawaida utapata rafu za betri zikitumia eneo moja, na vifaa vya kubadilisha nishati (vigeuzi, vigeuzi vya DC{{0}DC) katika sehemu tofauti iliyogawanywa na kizuizi cha ndani cha moto. Sababu: mioto ya vifaa vya umeme hufanya kazi tofauti kuliko matukio ya kukimbia kwa betri na inahitaji mbinu tofauti za kukandamiza.
Udhibiti wa halijoto umegawanyika katika kambi mbili: hewa-iliyopozwa na kioevu{1}}iliyopozwa.
Mifumo{0}ya kupoeza hewa ni rahisi, nafuu, na inatosha kwa usakinishaji wa wastani wa hali ya hewa. Tofauti za halijoto kwenye safu ya betri zinaweza kufikia 8-digrii 10 chini ya upakiaji-sio bora kwa maisha marefu au kando za usalama, lakini zinaweza kufanya kazi.
Mifumo ya kioevu-iliyopozwa imekuwa kiwango cha juu cha usakinishaji{1}}utendaji wa juu. Uhandisi unakuwa wa hali ya juu zaidi: njia za mtiririko sambamba zinazohakikisha kila seli inaona halijoto sawa ya kupozea, glikoli-michanganyiko ya maji yenye mkusanyiko unaodhibitiwa kwa uangalifu, mifumo ya kugundua uvujaji kwa sababu vipozezi vinavyogusa{4}}basi za voltage za juu huunda aina yake ya hatari.
Miundo bora ya kioevu-iliyopozwa hufanikisha{1}}hadi{2}}tofauti ya joto ya seli chini ya digrii 3. Usawa huo hutafsiri moja kwa moja kwa kupunguza hatari ya kukimbia kwa mafuta na maisha ya mzunguko uliopanuliwa.
Ugunduzi: Mbio Dhidi ya Kemia
Hapa ndipo ninapopata shauku, kwa sababu ugunduzi ndipo mifumo mingi bado inashindwa.
Ugunduzi wa kawaida wa moshi na joto-vitu vinavyofanya kazi vizuri kwa majengo ya ofisi-havitoshelezi kuisha kwa betri. Kufikia wakati ambapo moshi unaonekana au ongezeko kubwa la halijoto iliyoko kwenye chombo, tayari utakuwa umepoteza. Ukimbizi umeanzishwa, uenezi unawezekana, na mfumo wako wa kukandamiza unapigana na hatua ya ulinzi wa nyuma.
Utambuzi wa gesi{0}}hauwezi kujadiliwa kwa usakinishaji wowote mbaya.
Sahihi ya-gesi iliyozimwa kutoka kwa seli za ioni za lithiamu-ni tofauti: hidrojeni huonekana kwanza na kupanda kwa kasi zaidi, ikifuatiwa na monoksidi kaboni na hidrokaboni mbalimbali. Vichunguzi vya mfumo- vilivyobuniwa vyema katika kiwango cha rack, si tu mazingira ya chombo kilicho karibu. Mkusanyiko wa hidrojeni unaofikia 1000 ppm unapaswa kuanzisha uchunguzi wa haraka. 5000 ppm inamaanisha kuwa unakaribia viwango vya chini vya mlipuko na unahitaji majibu ya kiotomatiki.
Baadhi ya usakinishaji mpya zaidi unajaribu kugundua mvuke wa elektroliti-ukilenga haswa kabonati ambazo zinajumuisha michanganyiko mingi ya lithiamu{1}}ioni ya elektroliti. Teknolojia hii inaleta matumaini lakini bado haijakomaa vya kutosha kwa msimbo-matumizi yanayohitajika.
Ugunduzi wa voltage na hitilafu ya sasa kupitia BMS inasalia kuwa njia yako ya kwanza ya ulinzi.
Seli inayounda mzunguko mfupi wa ndani itaonyesha kushuka kwa voltage kabla ya saini za joto kuonekana. Changamoto: kutofautisha ishara za utangulizi halisi kutoka kwa tofauti za kawaida za uendeshaji katika maelfu ya seli zilizo na uvumilivu wa asili wa utengenezaji.
Mifumo ya kisasa kabisa inajumuisha ufuatiliaji wa acoustic sasa. Seli zinazokaribia kukimbia kwa mafuta hutoa saini maalum za ultrasonic kadiri shinikizo la ndani linavyoongezeka. Bado majaribio, lakini fizikia ni sauti.
Ukandamizaji: Mjadala Mkuu
Tembea kwenye kikao chochote cha mkutano kuhusu ulinzi wa moto wa BESS na utapata kutokukubaliana kuhusu uteuzi wa wakala wa kukandamiza. Nitakupa maoni yangu, kutokana na fasihi ya utafiti na machapisho ya matukio-.
Maji hushinda kwa usimamizi wa joto. Kipindi.
Thermodynamics haina utata. Lithium-ioni kukimbia kwa mafuta kimsingi ni tatizo la joto. Miitikio ya ndani ni-kuongeza vioksidishaji{4}}huwezi kuisonga kwa kuondoa oksijeni. Unaweza tu kufyonza joto la kutosha ili kupunguza halijoto ya seli chini ya kizingiti cha majibu.
Joto la maji la mvuke (2,260 kJ/kg) halilinganishwi na mbadala wowote wa vitendo. Ukungu laini wa maji hukupa ufyonzaji wa joto na ujazo wa maji unaoweza kudhibitiwa na wasiwasi uliopunguzwa wa upitishaji wa umeme.
Mahitaji ya kiwango cha Beijing kwa uwezo kamili wa kuzamisha seli ndani ya dakika 10 yanaonyesha ukweli huu. Wakati kila kitu kingine kinashindwa, unafurika chombo.
Lakini ukandamizaji wa gesi una jukumu lake-haswa kwa uingiliaji wa mapema.
Heptafluoropropane (FM-200/HFC-227ea) na perfluorohexanone mpya zaidi (Novec 1230/FK-5-1-12) zinaweza kuangusha mwako wazi kwa haraka na kutoa upoaji kiasi kupitia mvuke. Ni muhimu kwa kunasa matukio mapema, kabla ya uondoaji hewa wa halijoto kikamilifu, au kwa kukandamiza mioto ya pili katika vifaa vya umeme.
Tatizo:hawaachi uenezaji mara tu unapoendelea. Seli bado inazalisha joto ndani. Mkusanyiko wa gesi hupungua. Utawala unafuata.
Mbinu mseto sasa inachukuliwa kuwa mbinu bora zaidi: kukandamiza gesi kwa kuangusha moto mara moja, ikifuatiwa na ukungu wa maji kwa udhibiti endelevu wa joto, na uwezo kamili wa mafuriko kama nakala ya mwisho.
Neno juu ya maswala ya mazingira ya wakala safi:HFC-227ea imeratibiwa kwa awamu chini chini ya Marekebisho ya Kigali. FK-5-1-12 ina uwezo mdogo wa ongezeko la joto duniani na haina athari ya ozoni. Sekta hii inaelekea kwenye perfluorohexanone, ingawa misururu ya usambazaji na bei haijatengemaa kikamilifu.
Uingizaji hewa na Ulinzi wa Mlipuko
Hapa ndipo nimeona gharama hatari zaidi-kupunguzwa.
Chombo kilichojaa seli za betri zinazotoa hewa zinakusanya mchanganyiko wa gesi inayoweza kuwaka katika nafasi ndogo. Kikomo cha chini cha mlipuko kwa hidrojeni ni 4% hewani. Fikia mkusanyiko huo, anzisha chanzo cha kuwasha-ambacho kinaweza kuwa rahisi kama safu kutoka kwa kiunganishi kinachoshindwa-na kupata mwaliko. Katika chombo kilichofungwa, deflagration inakuwa mpasuko.
McMicken alitufundisha somo hili na wazima moto wanne waliojeruhiwa.
Uingizaji hewa hai ni lazima.Kiwango cha Uchina kinahitaji mabadiliko 30 ya hewa kwa kila saa kwa uingizaji hewa wa dharura, unaochochewa kiotomatiki wakati vitambuzi vya gesi vinapogundua ukolezi unaozidi 5% ya LEL. NFPA 69 hutoa mwongozo wa muundo wa mifumo ya kuzuia kuharibika.
Uingizaji hewa wa hali ya hewa-mlipuo-nje ulioundwa ili kupunguza shinikizo kabla ya kushindwa kwa muundo-unahitajika katika maeneo mengi ya mamlaka. Hesabu za ukubwa kwa kila NFPA 68 si ndogo-na zinategemea ujazo wa eneo lililofungwa, shinikizo la kuwezesha uingizaji hewa, na kasi iliyotabiriwa ya mwaliko.
Msimamo ni muhimu: matundu yanapaswa kutokeza kutoka kwa njia za kutokea na maeneo ya kutolea majibu ya dharura. Nimekagua miundo ambapo paneli za uingizaji hewa zingevuma moja kwa moja kwenye ukanda wa ufikiaji. Hiyo ni kichocheo cha majeruhi wa wazima moto.
Swali la LFP dhidi ya NMC
Uteuzi wa kemia ya betri una athari za usalama wa moto zinazoenea zaidi ya ulinganisho rahisi wa uthabiti wa joto.
Seli za fosfati ya chuma ya Lithium (LFP) kwa kiasi kikubwa zimeondoa kemia ya nikeli-manganese-cobalt (NMC) katika uhifadhi wa hali ya hewa, ikiendeshwa kwa kiasi kikubwa na masuala ya usalama. Nambari zinaauni mabadiliko haya: Mwanzo wa kukimbia kwa mafuta ya LFP kwa kawaida hutokea zaidi ya digrii 270 dhidi ya 150-digrii 200 kwa uundaji wa nikeli ya juu ya NMC. Viwango vya kutolewa kwa joto wakati wa kukimbia ni takriban nusu. Uzalishaji wa gesi ya floridi yenye sumu hupunguzwa.
Lakini LFP asili yake si "salama"-ni salama zaidi. Kukimbia kwa joto kunabakia iwezekanavyo chini ya hali ya kutosha ya unyanyasaji. Uenezi bado hutokea. Hali ya kutofaulu hutoa tu ukingo zaidi wa kugundua na kuingilia kati.
Ni nini kinanihusu kuhusu simulizi la sasa la soko: baadhi ya watengenezaji huchukulia kemia ya LFP kama kibadala cha ulinzi thabiti wa moto badala ya nyongeza yake. Hiyo ni mawazo hatari ambayo hatimaye yatazalisha matukio.
Nini Rekodi ya Tukio Inaonyesha
Ninahifadhi hifadhidata isiyo rasmi ya matukio ya moto ya BESS-ripoti za umma, madai ya bima ambayo nimepata ufikiaji, mawasiliano yasiyo rasmi kutoka kwa wasiliani wa sekta hiyo. Miundo inafundisha.
Mizizi husababisha nguzo karibu na kategoria kadhaa:
Kasoro za uundaji-uchafuzi wa ndani, upangaji duni wa elektrodi, uharibifu wa kitenganishi-huenda huchangia sehemu kubwa zaidi, ingawa maelezo mahususi mara nyingi hayawezekani baada ya uharibifu wa joto. Kushindwa kwa BMS kuruhusu kutoza zaidi au kutoza kwa usawa huchangia pakubwa. Uharibifu wa nje wakati wa usafirishaji na usakinishaji hauthaminiwi kama mwanzilishi.
Hitilafu za umeme juu ya mkondo wa betri-hitilafu za safu ya DC, kulegea kwa muunganisho na kusababisha upashaji joto unaostahimili, hitilafu za ardhi-huenda zikazidi hitilafu kamili za betri kama vianzio vya moto kwa jumla.
Ufanisi wa majibu hutofautiana sana.Tovuti zilizo na moduli-ugunduzi wa kiwango cha gesi na ukandamizaji wa haraka wa kiotomatiki zina matukio kwenye rafu moja. Tovuti zinazotegemea pekee-ugunduzi wa kiwango cha chombo mara nyingi hupoteza kitengo kizima. Mwitikio wa idara ya zimamoto kwa matukio ya BESS bado haufanani-idara nyingi hazina mafunzo kwa hatari hizi mahususi na chaguo-msingi kwa ulinzi wa mzunguko wa ulinzi badala ya ukandamizaji unaoendelea.
Shida ya -ya matukio ya udhibiti wa hali ya joto ni halisi na huongeza muda kwa kasi. Betri ambazo zimetoka kwenye hali ya hewa ya joto zinaweza kuwaka saa au siku kadhaa baadaye kwani nishati iliyobaki hupotea kupitia athari za ndani za moshi. Mahitaji ya kupanuliwa ya kupoeza na ufuatiliaji yanachuja rasilimali za kukabiliana na dharura.
Mapendekezo ya Usanifu kwa Vitendo
Baada ya uchanganuzi wote wa udhibiti na uchambuzi wa kiufundi, ni nini muhimu kwa usakinishaji mpya?
Pata nafasi sawa.Usipunguze uhifadhi wa ardhi kidogo. Gharama ya tukio moja kuu inazidi miongo kadhaa ya malipo ya ziada ya kukodisha.
Wekeza katika kugundua.Hisia-zaidi ya vigezo katika kiwango cha rack-gesi, halijoto, hitilafu ya voltage-na itifaki za majibu otomatiki. Gharama ya nyongeza juu ya utambuzi wa kimsingi wa moshi ni ndogo ikilinganishwa na thamani ya kupunguza hatari.
Kubuni kwa ajili ya kuzuia uenezi.Chukulia kuwa kisanduku kitashindwa. Fikiria moduli itashindwa. Swali ni kama umeiweka hapo.
Panga upatikanaji wa wazima moto.Wajibu wa dharura wanahitaji kukaribia, kutumia mawakala wa kukandamiza, na kujiondoa kwa usalama. Mistari ya kuona ni muhimu. Kugeuza radi kwa jambo la kifaa. Uwezo wa usambazaji wa maji ni muhimu.
Tume ipasavyo.Nimeona mifumo ambayo mfumo wa kukandamiza haujawahi kupimwa kwa mtiririko wa wakala. Ambapo vigunduzi vya gesi havijasahihishwa ipasavyo. Ambapo ushirikiano wa kengele ya BMS kwenye paneli ya moto haukufanya kazi. Kuagiza kunagharimu pesa lakini hupata maswala haya kabla ya kuwa wachangiaji wa matukio.
Kuangalia Mbele
Teknolojia inaendelea kubadilika. Betri imara-zinaahidi uboreshaji asilia wa uthabiti wa halijoto ambayo hatimaye inaweza kupunguza mahitaji ya ulinzi wa moto. Algoriti za hali ya juu za BMS zinazojumuisha kujifunza kwa mashine zinaonyesha ahadi za utambuzi wa mapema wa hitilafu. Ukandamizaji wa kiwango-wa moduli uliounganishwa katika muundo wa kifurushi cha betri unaweza kutoa nyakati za majibu ambazo haziwezekani kwa sasa na mifumo ya nje.
Lakini tunapeleka teknolojia ya leo, kwa kiwango kikubwa, katika gridi za dunia nzima. Mbinu za ulinzi wa moto lazima zilingane na wasifu wa hatari wa kile kinachosakinishwa{1}}sio maboresho ya kinadharia ya siku zijazo.
Changamoto ya kimsingi bado haijabadilika: tunahifadhi kiasi kikubwa cha nishati ya kielektroniki katika nafasi zilizoshikana, na nishati hiyo inataka kutolewa. Kazi yetu ni kuhakikisha inatolewa kwa masharti yetu, sio yake.
Mwandishi amehusika katika uhandisi wa ulinzi wa moto kwa mifumo ya kuhifadhi nishati tangu 2017 na ameshauriana kuhusu miradi kote Amerika Kaskazini na Asia-maeneo ya Pasifiki. Maoni yanayotolewa ni maoni ya kitaalamu na hayafai kuchukua nafasi ya-uchanganuzi mahususi wa uhandisi wa mradi.