La característica más distintiva de un sistema de almacenamiento de energía es que incluye un medio de almacenamiento de energía: baterías. Uno de los indicadores clave de rendimiento de las baterías es su velocidad o capacidad de carga y descarga, a menudo expresada en especificaciones como un parámetro "***C", como "0,2C", "0,3C", "1C" o "2C". .” En los sistemas de almacenamiento de energía industriales y comerciales, la especificación más común es "0,5C". Pero, ¿por qué se utiliza con más frecuencia 0,5°C?

1. ¿Qué es “C”?

"C" es la abreviatura de Coulomb, la unidad de carga eléctrica. Este concepto fue introducido por primera vez por el físico francés Charles-Augustin de Coulomb y se define como la cantidad de carga eléctrica que atraviesa la sección transversal de un conductor en un segundo.

En el contexto de las baterías de almacenamiento de energía, "C" representa la tasa de carga y descarga, lo que indica el tamaño de la corriente de carga y descarga. Una tasa de carga y descarga de 1C significa que la batería puede descargar toda su capacidad en una hora, mientras que una tasa de 2C significa que la batería puede descargar toda su capacidad en media hora.

2. ¿Cómo se calcula o deriva “C”?

La tasa "C" es un parámetro conceptual, a diferencia de la corriente (A) o el voltaje (V), que son valores fijos. Por ejemplo, si un circuito eléctrico tiene una corriente de 1A, no importa qué equipo se utilice para la medición, el valor de la corriente permanecerá en 1A.

Sin embargo, para una tasa de carga y descarga de 1C, también depende de la capacidad específica de la batería. Para una batería con una capacidad de 1Ah, su corriente de carga y descarga de 1C sería de 1A. Para una batería con una capacidad de 2Ah, su corriente de carga y descarga de 1C sería de 2A, y así sucesivamente.

Por tanto, la fórmula es:

Tasa de carga/descarga de la batería (C) = Corriente de carga/descarga de la batería ÷ Capacidad nominal de la batería

Por ejemplo, una batería de 1000 mAh, a 0,2 C, tendría una corriente de carga/descarga de 200 mA (1000 mAh × 0,2), mientras que a 1 C, tendría una corriente de carga/descarga de 1000 mA (1000 mAh × 1).

El uso de la tasa "C" facilita comparar las capacidades de carga y descarga de dos baterías con la misma capacidad total en las mismas condiciones. Por ejemplo, si dos baterías tienen una capacidad de 1 Ah, pero la batería 1 tiene una velocidad de 3 C, lo que significa que puede cargarse/descargarse a 3 A, mientras que la batería 2 solo puede cargarse/descargarse a 0,5 C o 0,5 A, intuitivamente muestra que la batería 1 tiene una capacidad de carga/descarga instantánea mucho mejor (potencia de ráfaga).

3. ¿Por qué 0,5 °C?

Es fundamental comprender el impacto de la tasa C en la batería:

• Polarización excesiva y aumento de la resistencia interna.: Una tasa de carga/descarga más alta aumenta la tasa de crecimiento de la polarización interna y la resistencia, lo que lleva a una reducción de la capacidad de almacenamiento de energía.
• Pérdida de materias activas y Li+: Una tasa de carga/descarga más alta acelera la pérdida de materiales activos y Li+, lo que resulta en una degradación de la capacidad.
• Consumo de electrolitos: Una tasa de carga/descarga más alta aumenta el consumo de electrolitos, lo que afecta aún más la vida útil de la batería.
•  

Las baterías de metal de litio típicas utilizan dióxido de manganeso (MnO2) como material del electrodo positivo, litio metálico o aleación de litio como material del electrodo negativo y una solución electrolítica no acuosa especializada.

Para baterías de iones de litio:

• Reacción de descarga: Li+ + MnO₂ → LiMnO₂
• Reacción de carga: LiCoO₂ + 6C → Li(1-x)CoO₂ + LixC6

Configurar la tasa de carga/descarga demasiado alta puede afectar negativamente la vida útil de la batería, por lo que no debe configurarse demasiado alta. Sin embargo, una velocidad demasiado baja, como 0,1 C, 0,2 C o 0,3 C (comúnmente vista en baterías de plomo-ácido) significa una corriente de carga baja y una velocidad más lenta. Aunque esto protege mejor la batería, no es ideal para proyectos de almacenamiento de energía industriales y comerciales donde las ganancias provienen del arbitraje pico-valle basado en las tarifas de tiempo de uso establecidas por la red eléctrica. Una tarifa C más baja reduce los kWh cargados o descargados durante el mismo período de tiempo, lo que reduce las ganancias diarias y extiende el período de recuperación.

En resumen, elegir una tasa de carga/descarga de 0,5C equilibra la capacidad de carga/descarga, la protección de la vida útil de la batería y la compatibilidad con los períodos pico-valle. Por ejemplo, para un sistema de gabinete único de 209 kWh o 215 kWh combinado con un PCS (sistema de conversión de energía) de 100 kW, la batería se puede cargar o descargar completamente en 2 horas, alineándose con la duración de los períodos pico y valle definidos por varias compañías de red. Esto garantiza que la carga y descarga puedan ocurrir dentro del período de tiempo especificado sin desperdiciar energía ni tiempo y logra el retorno de la inversión esperado. Por lo tanto, una tasa de 0,5°C es razonable.