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初创企业正在开创一种可替代电池的全新电网储能方式

IEEE电气电子工程师 2021-06-15 18:15 次阅读

初创企业正在开创一种可替代电池的全新电网储能方式。

在几乎每座城市,起重机都是一种很常见的设备,但在靠近意大利边境的瑞士城市提契诺,有一台起重机却非常特别:它有六只手臂。这只110米高的天际线“海星”并非用于建筑,而是为了证明可再生能源能通过升举重物来储存,通过放下重物来输送。建造这个结构的瑞士公司Energy Vault已经开始实施一个测试项目,并将在2021年进行首次商业部署。

目前该公司至少有一个旗鼓相当的竞争对手,即苏格兰的Gravitricity公司;另外至少还有两家有类似想法的公司New Energy Let’s Go和Gravity Power,正在寻找资金准备推进。可以肯定的是,目前世界上运行中储能设施的总发电功率可达174千兆瓦,几乎都是依赖重力进行发电的。

长期以来占据主导地位的抽水蓄能,将水抽到更高的海拔,然后回流,通过涡轮机发电。但是抽水需要一些非常特殊的地理条件——两个海拔高度不同的大水库,它们的垂直间距要大,但又不能太大,所以建立新的抽水蓄能站点很困难。Energy Vault、Gravity Power及其竞争对手都在追求利用同一个基本原理,即提起重物并让它下落,建造一个几乎可以安装在任何地方的能量储存设施。此外,它们希望通过降低长期成本和减少环境问题来击败可再生能源储存的新宠——电池。

在实际运行中,Energy Vault的塔吊连续不断地将每个重35吨、呈同心圆排列的混凝土块进行堆叠和拆卸。例如,将混凝土块在内圈堆叠起来,可以储存35兆瓦时的能量。然后塔吊的六只手臂会系统地拆卸这个内圈,将混凝土块从高处放到低处,建造一个外圈,并在这个过程中释放能量。

这个储存能量的搭积木游戏可能很复杂。为了保持恒定的输出,当一块混凝土块需要加速时,另一块就需要减速。“这就是为什么我们要使用六只手臂。” Energy Vault公司的首席执行官兼联合创始人罗伯特•皮科尼(Robert Piconi)解释道。更重要的是,控制系统必须补偿阵风、起重机在提升和放下混凝土块时的偏转、缆绳的伸长、钟摆效应等影响,他说。皮科尼认为这与电池相比有几个优势。第一个优势是环保。与锂离子电池依赖化学反应且难以回收不同,Energy Vault的主要支出是混凝土块本身,它可以利用现有的泥土和废料与墨西哥水泥巨头Cemex公司生产的一种新聚合物混合,现场制作混凝土块。

皮科尼说,另一个优势是较低的运营费用。经该公司计算,其运营费用约为具有同等储能容量的电池装置的一半。电池储能设施必须不断更换退化的电池芯,但Energy Vault的基础设施并不需要。这家初创公司对自己的数据有足够的信心,它声称将在2021年投入使用多台商用设施。皮科尼表示,Energy Vault在2019年筹集了1.1亿美元,用于在提契诺建造示范装置和为“跨洲建设”做准备。

与Energy Vault的努力相比,Gravitricity的储能方案似乎更简单。该公司并没有使用六臂起重机往复移动混凝土块,而是在千米深的废弃矿井中上下移动一个或几个很重的重物。

这些巨大的重物,每一个的重量都在500到5000吨之间,只要以每秒几厘米的速度移动就可以产生兆瓦级的输出功率。Gravitricity的项目开发经理克里斯•延德尔(Chris Yendell)解释说,单个重物适用于短时间、快速、高功率的应用,例如处理电网瞬间的波动和保持电网频率。而多重物系统更适合储存更多的能量和长期发电,他说。

为了验证它的秒级响应,Gravitricity正在苏格兰建造一台250千瓦的概念演示机。它将50吨的重物悬挂在7米高的格子塔上。测试将于2021年第一季度开始。“我们希望能在收到信号不到1秒钟内圆满地完成发电。”延德尔说。

该公司在2021年还将开发几套全尺寸原型系统。“我们目前正与欧洲和南非的矿主联络,(我们)当然也对美国感兴趣。”延德尔说。这个全尺寸系统将在2023年开始运行。Gravity Power及其竞争对手New Energy Let’s Go,从现已破产的Heindl Energy公司那里获得了所需技术,同时还在研究地下储能,这也许是受抽水蓄能的启发。但它们并不是用不同海拔高度的水库来储存能量,而是用泵把水压到地下,举起一个非常重的活塞,然后让活塞落下,把水推过涡轮机进行发电。

“水库是抽水蓄能的致命弱点。”Gravity Power公司的创始人吉姆•菲斯克(Jim Fiske)说,“Gravity Power发电厂的主要意图是摆脱对水库的需求。(我们的发电厂)能够在3到5英亩(1到2公顷)的平地上实现抽水蓄能规模的发电和蓄能。”菲斯克估计,一个400兆瓦、能够储能16小时(即6.4千兆瓦时能量)的发电厂,将需要一个800多万吨重的活塞。他说,这可能听起来很可笑,但完全在当今水泵的提升能力和施工工艺的能力范围之内。

虽然这些公司期望这样的地下储能设施比电池设备更经济,但它们仍然很昂贵。不过,当担心气候变化的国家意识到危机的严重性时,它们很可能愿意为这些储能方式买单。

原文标题:2021顶尖技术专题报道 11:重力储能的盛衰

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LC709501F 移动电源控制器 USB Type-C和快充TM 3.0 应用于单节锂离子电池和锂聚合物电池

01F是一款用于移动电源的锂离子开关充电器控制器。该设备具有控制移动电源应用的所有功能。它可以控制Type-C端口控制IC,包括Quick Charge 3.0 HVDCP。内置开关控制器可输出5 V至12 V的快速充电电压。通过适当的外部MOSFET可以实现USB Type-C和快速充电的高功率输出。 特性 优势 支持带端口控制IC的USB C型DRP 用于控制Type-C端口控制IC的MCU可以省去。此外,客户无需开发MCU软件。 支持快速充电3.0 HVDCP A类.5 V最高12 V 可以消除HV Boost IC和QC通信IC。它降低了设置成本。 便携式设备通信显示智能手机上的移动电源电池信息(USB 2.0全速主机控制器)(规划) 客户可以享受智能手机屏幕上的移动电源详细信息显示 降压充电/增压充电 准备移动电源应用程序中所需的基本函数 低静态电流:低功耗模式下15μA 低功耗有助于延长电池寿命 支持5 V至12 V操作 支持一般智能手机充电电压 使用外部MOSFET轻松实现功率调节 外部MOSFET的功率调节支持30 W应用 自动USB检测 此功能已准备为基...
发表于 04-18 20:25 2129次 阅读
LC709501F 移动电源控制器 USB Type-C和快充TM 3.0 应用于单节锂离子电池和锂聚合物电池

LC06111TMT 电池保护IC,集成功率MOSFET,单节锂离子电池

信息 LC06111TMT是用于带有集成功率MOSFET的1节锂离子二次电池的保护IC。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过流放电和过流充电。电池保护系统只能由LC06111TMT和少量外部元件制造。 充放电功率MOSFET集成 导通电阻(充放电总量)8.4mΩ(典型值) 高精度检测电压/电流在Ta = 25°C,VCC = 3.7 V 过充电检测±25 mV 过放电检测±50 mV 充电过流检测±0.9 A 放电过流检测±0.9 A 放电/充电过流检测补偿功率FET的温度依赖性 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 20:25 144次 阅读

LC05112CMT 电池保护控制器 集成MOSFET 1节锂离子电池

2CMT是一款用于1节锂离子二次电池的保护IC,集成了功率MOS FET。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。电池保护系统只能由LC05112CMT和少量外部部件组成。 特性 优势 集成电源MOSSFET 简易设计 低Rsson11mΩ 低功耗 PKG保险丝修整 短TAT,高精度 减少过电流检测的分散 高安全性 低电流...
发表于 04-18 20:22 188次 阅读
LC05112CMT 电池保护控制器 集成MOSFET 1节锂离子电池

LC05132C01MT 带集成MOSFET 1节锂离子电池的电池保护控制器

2C01MT是一款用于1节锂离子二次电池的保护IC,集成了功率MOS FET。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。此外,主系统可以通过关闭LC05132C01MT的充电FET和放电FET一段时间来执行自身的上电复位,并带有复位信号。电池保护系统只能由LC05132C01MT和少量外部部件组成。 特性 优势 集成功率MOSFET 简易设计 低Rsson11mΩ 低功耗 PKG保险丝修剪 准备的短TAT 减少过电流检测的分散 高度准确检测 复位功能复位释放时间:5s(典型值)[Ta = 25°C] 更安全的嵌入式电池操作 应用 终端产 1节锂离子二次电池保护 智能手机 平板电脑 可穿戴设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 20:22 155次 阅读
LC05132C01MT 带集成MOSFET 1节锂离子电池的电池保护控制器

LC05132C01NMT 带集成MOSFET 1节锂离子电池的电池保护控制器

2C01NMT是一款用于1节锂离子二次电池的保护IC,内置功率MOS FET。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。此外,主系统可以通过关闭LC05132C01NMT的充电FET和放电FET一段时间来执行自身的上电复位,并带有复位信号。电池保护系统只能由LC05132C01NMT和少量外部元件制成。 特性 优势 集成功率MOSFET 简易设计 低Rsson11mΩ 低功耗 PKG保险丝修整 为准备样本排序TAT 减少过流消除的分散 高度准确的检测 复位功能复位释放时间:1s(典型值)[Ta = 25°C] 更安全的嵌入式电池操作 应用 终端产品 1节锂离子二次电池保护 智能手机 平板电脑 可穿戴设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 20:22 168次 阅读
LC05132C01NMT 带集成MOSFET 1节锂离子电池的电池保护控制器

LC05711ARA 电池保护IC,集成功率MOSFET,单节锂离子电池

信息 LC05711ARA是一款带有集成功率MOSFET的单节锂离子二次电池保护IC。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。电池保护系统只能由LC05711ARA和少量外部元件制成。 集成了充放电功率MOSFET 导通电阻(充放电总量)4.8mΩ(典型值) ) Ta = 25°C时高精度检测电压/电流,VCC = 3.7 V 过充电检测±25 mV 过放电检测±50 mV 充电过流检测±0.7 A 放电过流检测±0.7 A 放电/充电过流检测得到补偿功率FET的温度依赖性 ECP30 WLP封装 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 20:22 168次 阅读

LC05111CMT 电池保护控制器 含集成功率MOSFET 单节锂离子电池

1CMT是一款电池保护电路,用于带有集成功率MOSFET的1节锂离子二次电池。此外,它集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。电池保护系统只能由LC05111CMT和少量外部部件制成。 特性 优势 集成功率MOSFET 简易设计 低Rsson11mΩ 低功耗 PKG保险丝修整 准备样品的短TAT 减少过电流检测的分散 高度准确的检测 应用 终端产品 锂离子电池保护 智能手机 平板电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 20:22 191次 阅读
LC05111CMT 电池保护控制器 含集成功率MOSFET 单节锂离子电池

BQ40Z60 bq40z60 完整多节电池管理器

信息描述德州仪器 (TI) bq40z60 器件是一款可编程的电池管理单元,其集成有电池充电控制输出、电量监测和相关保护功能,能够完全自主地操作 2 至 4 节串联锂离子和锂聚合物电池组。此架构在电量监测处理器与电池充电器控制器之间实现内部通信,从而在系统负载瞬变和适配器电流限制期间根据外部负载条件和电源路径来源管理来优化充电量。可通过 NFET、电感和感测电阻等外部元件针对具体功率传输情况来调节充电电流效率。 该器件提供了电池阵列和系统安全功能,包括电池放电过流、充电短路和放电短路保护,以及针对 N 沟道 FET 的 FET 保护、内部 AFE 看门狗和电池断开连接检测。器件可通过固件提供更多保护 功能, 包括过压、欠压、过热等。特性全集成 2 节至 4 节串联锂离子或锂聚合物电池管理单元Pack+ 上的输入电压范围:2.5V 至 25V电池充电器效率 > 92%电池充电器工作范围:4V 至 25V针对外部 N 沟道场效应晶体管 (NFET) 的电池充电器 1MHz 同步降压控制器软启动,限制浪涌电流外部开关限流保护可编程充电支持 JEITA/增强型充电模式 电量监测用于库伦计数器的 16 位高分辨率积分器16 位模数转换器 (ADC),通过 16 通道多路复用器...
发表于 04-18 19:10 228次 阅读

BQ34Z110 用于铅酸电池的采用 Impedance Track™ 技术的宽量程电量测量计

信息描述 德州仪器 (TI) bq34z110 是一款独立于电池串联配置之外工作的电量计解决方案,此解决方案支持铅酸化学电池。 通过一个外部电压转换电路,可支持 4V 至 64V 的电池,可对此电路进行自动控制以减少系统功耗。bq34z110 器件提供几个接口选项,其中包括一个 I2C 从接口、一个 HDQ 从接口、一个或者四个直接 LED 接口、和一个警报输出引脚。 此外,bq34z110 提供对于外部端口扩展器(支持多于四个 LED)的支持。特性 支持铅酸化学电池 使用获得专利的 Impedance Track 技术,用于电压范围为 4V 至 64V 的电池老化补偿 自放电补偿支持的电池容量超过 65Ahr 支持高于 32A 的充放电电流 外部负温度系数 (NTC) 热敏电阻支持 支持两线制 I2C 和与主机系统进行通信的 HDQ 单线制通信接口 安全哈希算法 (SHA)-1,哈希消息认证码 (HMAC) 认证 一个或者四个直接显示控制 五个 LED 和通过端口扩展器的更多显示 精简的功率模式(典型电池组运行范围条件)正常运行:平均值 < 140µA 睡眠模式:平均值 < 64µA 完全睡眠模式:平均值 < 19µA 封装:14 引脚薄型小外形尺寸封装 (TSSOP)电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 19:10 182次 阅读

BQ40Z50 1 节、2 节、3 节和 4 节锂离子电池组管理器

信息描述 bq40z50 器件采用已获专利的 Impedance Track 技术,是一款基于电池组的单芯片全集成解决方案,针对 1 节、2 节、3 节和 4 节串联锂离子或锂聚合物电池组提供电量监测、保护及认证等一些列丰富的功能。bq40z50 器件利用其集成的高性能模拟外设,测量锂离子或锂聚合物电池的可用容量、电压、电流、温度和其他关键参数,保留准确的数据记录,并通过 SMBus v1.1 兼容接口将这些信息报告给系统主机控制器。 bq40z50 器件为主机系统提供最大的功率和电流,从而支持 Turbo 升压模式。 该器件还支持电池跳变点,从而在预设的充电阈值状态向主机系统发送 BTP 中断信号。 bq40z50 针对过压、欠压、过流、短路电流、过载和过热情况,以及其他电池组和电池相关故障提供基于软件的 1 级和 2 级安全保护。具有针对认证码密钥的安全内存的 SHA-1 认证能够识别真正的电池组。这个紧凑的 32 导线 QFN 封装在尽可能地提供电池电量测量应用的功能性和安全性的同时,最大限度地降低解决方案成本和智能电池的尺寸。特性全集成 1 节、2 节、3 节和 4 节串联锂离子或锂聚合物电池组管理器及保护 下一代已获专利的 Impedance Track 技术可准确测量锂离子和锂聚合物电池...
发表于 04-18 19:10 1052次 阅读

BQ27545-G1 单节、电池组端 Impedance Track 电量监测计

信息描述bq27545-G1 锂离子电池电量计是一款微控制器外设,此外设能够提供针对单节锂离子电池组的电量计量。此器件只需开发较少的系统微控制器固件即可实现精确的电池电量计量。bq27545-G1 安装于电池组内或者带有一个嵌入式电池(不可拆卸)的系统主板上。 bq27545-G1 使用已经获得专利的 Impedance Track™ 算法来进行电量计量,并提供诸如剩余电量 (mAh)、充电状态 (%)、续航时间(最小值)、电池电压 (mV) 和温度 (°C) 等信息。该器件还提供针对内部短路或电池端子断开事件的检测功能。bq27545-G1 还 具有 针对安全电池组认证(使用 SHA-1/HMAC 认证算法)的集成支持功能。 该器件还采用 15 焊球 Nano-Free™ DSBGA 封装 (2.61 mm × 1.96 mm),非常适合空间受限的 应用。特性适用于 1 节 (1sXp) 锂离子电池的电池电量计 应用 支持高达 14500mAh 的容量 微控制器外设提供:用于电池温度报告的内部或者外部温度传感器安全哈希算法 (SHA)-1 / 哈希消息认证码 (HMAC) 认证使用寿命的数据记录64 字节非易失性暂用闪存 基于已获专利的 Impedance Track™技术的电池电量计量用于电池续航能力精确预测的电池放电模拟曲线针对电池老化、电...
发表于 04-18 19:10 272次 阅读

BQ27010 单节锂电池和锂聚合物电池电量监测计 IC

信息描述The bqJUNIOR™ series are highly accurate stand-alone single-cell Li-Ion and Li-Pol battery capacity monitoring and reporting devices targeted at space-limited, portable applications. The IC monitors a voltage drop across a small current sense resistor connected in series with the battery to determine charge and discharge activity of the battery. Compensations for battery age, temperature, self-discharge, and discharge rate are applied to the capacity measurments to provide available time-to-emptyinformation across a wide range of operating conditions. Battery capacity is automatically recalibrated, or learned, in the course of a discharge cycle from full to empty. Internal registers include current, capacity, time-to-empty, state-of-charge, cell temperature and voltage, status, and more.The bqJUNIOR can operate directly from single-cell Li-Ion and Li-Pol batteries and communicates to the system over a HDQ one-wire or I2C serial interface.特...
发表于 04-18 19:10 173次 阅读

BQ27541-G1 具有集成 LDO 的电池组端 Impedance Track 电池电量监测

信息 Texas仪器bq27541-G1锂离子电池电量计是一种微控制器外围设备,可为单节锂离子电池组提供电量计量。该器件几乎不需要系统微控制器固件开发来实现精确的电池电量计量bq27541-G1位于电池组内或系统主板上,带有嵌入式电池(不可拆卸)。 bq27541-G1使用获得专利的Impedance Track™算法进行电量计量,并提供剩余电池容量(mAh),充电状态(%)等信息,运行时间为空(最小),电池电压(mV)和温度(°C)。它还提供内部短路或制表断开事件的检测。 bq27541-G1还使用SHA-1 / HMAC认证算法集成了对安全电池组认证的支持 优势特点 用于1系列(1sXp)锂离子电池应用的电池电量计32Ahr容量 微控制器外设提供: 精确的电池电量计支持高达32Ahr 用于电池温度报告的内部或外部温度传感器 SHA-1 / HMAC认证 终身数据记录 > 64字节的非易失性划痕垫FLASH 基于专利阻抗跟踪技术的电池电量计量 模型电池放电曲线,用于准确的时间到空预测 自动调整电池老化,电池自放电,&n温度/速率低效 低值检测电阻(5mΩ至20mΩ) 高级电量计功能 内部短暂检测 标签断开检测 ...
发表于 04-18 19:10 437次 阅读

BQ24278 具有电源路径的 2.5A 单输入单节开关模式锂离子电池充电器

信息描述 bq24278 高度集成的单节锂离子电池充电器和系统电源路径管理器件针对空间有限且带有高容量电池的便携式应用。 单节充电器由一个诸如 AC(交流)适配器或者无线电源的专用充电源供电运行。此电源路径管理特性使得 bq24278 能够在为电池独立充电的同时从一个高效 DC 到 DC 转换器为系统供电。 此充电器一直监视电池电流并在系统负载所需电流超过输入电流限制时减少充电电流。 这样可实现正常的充电终止和定时器运行。 系统电压被调节至电池电压,但不会下降至低于 3.5V。 最小系统电压支持使得此系统能够与一个残次品或者有缺失的电池组一起运行并且即使在电池完全放电或者无电池的情况下也可实现瞬时系统启动。 当适配器不能传送峰值系统电流时,此电源路径管理架构还允许电池补充系统电流需要。 这样可使用较小的适配器。 电池充电经历以下三个阶段:充电,恒定电流和恒定电压。 在所有的充电阶段,一个内部控制环路监视 IC 结温并且在超过内部温度阀值的情况下减少充电电流。 此外,bq24278 提供一个基于电压的电池组热敏电阻器监控输入 (TS) 来监控电池温度以保证安全充电。特性 具有独立电源路径控制的高效开关模式充电器从深度放电电池或者在无电...
发表于 04-18 19:10 350次 阅读