在工业互联网(IIOT)中,对电池供电的解决方案的需求不断增长,这些解决方案将能源收集与工业级可充电锂离子(Li-Ion)细胞相结合,以动力双向无线通信。这种组合对于吸引平均电流的微型放大器的应用尤其重要,它必须过早用尽原发性锂电池。
以色列内盖夫沙漠中的Ashalim太阳能热电站提供121兆瓦的可再生能源,可满足超过120,000户家庭的日常需求。电站由Bright-Source Energy Inc.与通用电气和NOY基础设施和能源投资基金合作。
该电站在实现该国对使用可再生能源的总电量需求的10%以上的承诺方面起着至关重要的作用。Ashilim发电站设有50,000平坦的阳光镜子,也称为Heliostats,它们在3.15平方公里的太阳能场中不断重新定位,以将最大的阳光重定向到坐在787英尺高的塔顶上的太阳接收器/锅炉。每个镜子的尺寸为4 x 5.2米。
浓缩的阳光撞击接收器,将转移液加热到非常高的温度,该温度可循环以产生高达540℃的过热蒸汽,以便蒸汽涡轮机供电或存放以白天或晚上产生电力。这个集中的太阳能(CSP)站需要相对较小的占地面积,每兆瓦的容量仅为5-10英亩。CSP可以实现更大的空间经济,从而产生100兆瓦或更多的空间。
每镜的旋转和倾斜由电池供电的双轴跟踪系统控制,能够进行360位定位。每个HelioStat电动机都由一个小型电池组供电,使用六个TLI系列AA大小的工业级可充电锂离子电池,该电池从摄影(PV)板上收集到镜子中的光伏(PV)面板。这些工业级可充电的锂离子电池提供了高脉冲(对于AA大小的单元格5A),以便为SCADA功能供电双向无线通信。
使用锂离子电池无线连接所有50,000个HelioStats代表了一种省钱的解决方案,它消除了对电缆和接线的需求,从而减少了这种需求与以前的解决方案的85%。无线网络还加快了构建步伐,同时提高了系统可靠性。
为什么需要工业级锂离子电池
由于NEGEV沙漠的极端环境条件,消费者级可充电电池不合适。消费级锂离子细胞在工业应用中存在严重的缺点,包括寿命短(少于五年),最大周期寿命(500个完整的充电周期),高年度自我释放(每年高达60%),高达60%)有限的温度范围(0 c至60 c),并且无法产生双向无线通信所需的高脉冲。
工业级锂离子电池可运行长达20年,并支持5,000个完整的充电周期。这种延长的电池寿命可用于降低所有权的总成本,因为每5年更换系统范围的电池,以替换50,000个消费级电池,这是一项巨大的工作,远远超过了使用较便宜的消费电池所获得的任何初始节省。
工业级锂离子细胞还提供延长的温度范围(-40 C至85 C),并具有精密焊接的密封密封,而消费级电池则使用可能泄漏的压接密封件。
将锂离子电池与超级电容器进行比较
在确定Ashalim项目的理想电源管理解决方案时,将工业级电池与较大的超级电容器(也称为超级电容器或电动双层电容器)进行了比较。
超级电容器(用于为手机,笔记本电脑,数码相机和其他消费者设备提供内存备份)将能量存储在静电场中,而不是在化学状态(一种称为伪电容性的过程)中。使用电解质以及非常薄且通常由纸板或纸制成的绝缘体意味着超级电容器只能输送低压,因为更高的电压要求会导致电解质分解。其他缺点包括持续时间短,线性放电特性不允许使用所有可用的能量,低容量和高自我放电(每年最高60%)。此外,当多个超级电容器串联相连时,需要昂贵且笨重的细胞平衡电路,以耗尽额外的电流。超级电容器比可比的工业级锂离子电池更大。例如,可以用由六个由六个AA大小的TLI系列可充电锂离子电池组成的小得多的电池组来代替三个大包装量(总计六个D大小)的超级电容器。
工业级锂离子电池组可提供与超级电容器相比的额外性能优势,包括:
- 更高的实用能力:330 mAh(等效伪电容为1200 F)。具有相同体积的超级电容器的最大值约为10 F(3.6V)。
- 较低的自我放电:1至2UA的自分泌电流,而具有相同外部体积的超级电容器的20至50UA排放电流。自我放电是随着电池未承受负载的正常电压下降。随着时间的推移,电池会经历相当恒定的电压下降,而超级电容器在排放存储的能量时会经历更严重的电压下降。
- 较高的循环:可以为2.8V和3.9V之间的35,000个循环(80%放电深度)充电AA大小的锂离子细胞。
- 在为系统控制的双向通信所需的高电流脉冲下,超级电容器的电池电压高于超级电容器。