Onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory hebben een innovatief besturingssysteem ontwikkeld voor herbestemde batterijpakketten voor elektrische voertuigen om elektriciteit op te slaan voor thuisgebruik en schalen de technologie op tot een groot, project op elektriciteitsnetniveau.

Zelfs nadat batterijen het einde van hun eerste nuttige levensduur hebben bereikt voor het aandrijven van elektrische voertuigen, of EV's, er is nog genoeg sap over. Deze packs zijn mogelijk niet langer bestand tegen de extreme laad- en ontlaadomstandigheden voor EV's, maar ze hebben nog steeds een levensduur als goedkope optie voor stationaire energieopslag - volgens sommige schattingen tot 10 jaar van een tweede leven.

De hergebruikte batterijen zijn een ideale kandidaat voor energieopslag in het elektriciteitsnet, wat essentieel is om de vraag naar en het aanbod van elektriciteit in evenwicht te houden als meer hernieuwbare, intermitterende opwekkingsbronnen zijn in het hele land geïnstalleerd. Hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie, wind- en waterkracht produceerden in 2018 ongeveer 17% van de elektriciteit in de Verenigde Staten, volgens de Amerikaanse Energy Information Administration. Bij woningen en bedrijven worden steeds meer duurzame energiebronnen geïnstalleerd.

Maar de kosten van on-site energieopslagsystemen die nieuwe batterijen gebruiken, zijn nog steeds vrij hoog.

"Het ontwikkelen van nieuwe technologieën voor energieopslag is essentieel voor een evenwichtige, modern elektriciteitsnet steeds meer afhankelijk van hernieuwbare, verdeelde energie, " zei Imre Gyuk, directeur van Energy Storage Research bij DOE's Office of Electricity. "Dit project ondersteunt ook een circulaire economie door een waardevolle grondstof te hergebruiken, afval minimaliseren, en zorgen voor betrouwbare, veilige levering van elektriciteit voor een robuuste economie."

Het potentieel voor goedkope, hergebruikte batterij energieopslag is enorm. Er rijden momenteel ongeveer 1 miljoen EV's op de wegen van het land, met de Edison Foundation die tegen 2030 nog eens 18,7 miljoen EV's voorspelt, of ongeveer 7% van het totale aantal voertuigen, allemaal aangedreven door batterijpakketten.

ORNL-onderzoeker Michael Starke heeft een project geleid dat wordt ondersteund door OE's Energy Storage Program om controles te creëren en te verbeteren voor secundaire batterij-energieopslag, inclusief implementatie en testen van een 15-kilowatt-systeem op een Habitat for Humanity-thuissite in North Carolina, evenals testen bij een onderzoekshuis dat ORNL onderhoudt in een buurt in de buurt van het lab.

Met behulp van de software en hardware voor vermogenselektronica ontwikkeld door Starke en zijn collega's, het batterijsysteem voor secundair gebruik is ontworpen om de aankopen van een huis bij het nutsbedrijf tot nul terug te brengen tijdens kritieke piekmomenten wanneer de elektriciteitskosten het hoogst zijn. Het huis gebruikt in plaats daarvan elektriciteit die is opgewekt of opgeslagen uit hernieuwbare bronnen op het terrein.

"Het netto voordeel is een veel lagere elektriciteitsrekening door gebruik te maken van realtime tariefstructuren, ' zei Starke.

Het proces maakt ook een deel van de vraag vrij van het servicegebied van het nutsbedrijf tijdens piekperiodes, helpen bij het balanceren van lasten. "Het grote voordeel is het aantonen dat energieopslag voor secundair gebruik economisch levensvatbaar is in deze toepassingen, ' voegde Starke eraan toe.

"Secundair gebruik is niet alleen gebruikte auto-accu's pakken en ergens in gooien. Het is een uitdaging om tot een systeem van nutskwaliteit te komen. Nutsbedrijven willen iets betrouwbaars en efficiënts waar ze voor een lange periode op kunnen vertrouwen. En ze willen slechts één apparaat om communiceren met dat kan een enorme bron beheren, ' zei Starke.

Het door ORNL ontwikkelde systeem beschikt over cloudgebaseerde communicatie voor bediening op afstand, een flexibele omvormer om stroom om te zetten voor huishoudelijk gebruik of elektriciteitstransmissie, en bedieningselementen om het systeem te synchroniseren met het grotere netwerk en om veilig opstarten en afsluiten te garanderen. Het werk is gedetailleerd in het papier, "Residentieel (secundair) energieopslagsysteem en modulaire software en hardware vermogenselektronische interfaces, " gepresenteerd op het IEEE Energy Conversion Congress and Exposition dit najaar.

Oak Ridge-onderzoekers zijn ook de uitdaging aangegaan om batterijen van verschillende leeftijden van verschillende fabrikanten met verschillende chemische eigenschappen te integreren, spanningen en capaciteiten in een verenigd en efficiënt energieopslagsysteem. De onderzoekers ontwikkelden een methode die in wezen een gewenste hoeveelheid opladen of ontladen met de batterijen voorstelt, reageert vervolgens met hun status en vermogen om aan het verzoek te voldoen, wat resulteert in een efficiënte inzet van middelen.

Het werk is gedetailleerd in het papier, "Architectuur voor multi-chemie batterij-energieopslag op utiliteitsschaal, " ook gepresenteerd op de IEEE-conferentie. Het onderzoek is een integraal onderdeel van de toekomst van hoe EV-batterijen kunnen worden hergebruikt in nog grotere projecten om netopslag op nutsniveau te ondersteunen, zei Starke.

Energieopslag op utiliteitsschaal is doorgaans 100 kilowatt of hoger, waarbij minimaal 1 megawatt systemen optimaal zijn. Een dergelijk project zou meerdere secundaire batterijsystemen nodig hebben.

"Dit is allemaal achter wat het hulpprogramma ziet, "Zei Starke. "Hulpprogramma's willen gewoon een blok energie, maar er zijn veel subsystemen die deze bronnen moeten coördineren en controleren om een ​​systeem van 1 megawatt te maken."

Starke en zijn collega's van de Electric Energy Systems Integration Group bij ORNL ontwikkelen momenteel een batterijsysteem voor secundair gebruik van 100 kilowatt om hun besturings- en hardwareoplossingen verder te testen. Het zal het eerste project in zijn soort zijn dat EV-batterijen hergebruikt voor een grid-scale systeem, op de schaal van een wijk met meerdere woningen.