Forskare vid Oak Ridge National Laboratory har utvecklat ett innovativt styrsystem för återanvända elbatteripaket för att lagra el för hemmabruk och skala upp tekniken till en stor, projekt på elnät.

Även efter att batterierna har nått slutet av deras första livslängd som driver elfordon, eller elbilar, det finns fortfarande mycket juice kvar. Dessa förpackningar kanske inte längre klarar de extrema laddnings- och urladdningsförhållandena för elbilar, men de har fortfarande livslängd som ett billigt alternativ för stationär energilagring-enligt vissa uppskattningar, upp till 10 år till av ett andra liv.

De återanvända batterierna är en idealisk kandidat för lagring av elnät, som är avgörande för att hålla efterfrågan och utbud i balans som mer förnybar, intermittenta generationskällor installeras över hela landet. Förnybara energikällor som sol, vind och vattenkraft genererade cirka 17% av elen i USA 2018, enligt U.S. Energy Information Administration. Fler förnybara energikällor installeras i hem och företag.

Men kostnaden för energilagringssystem på plats som använder nya batterier är fortfarande ganska hög.

"Att utveckla ny teknik för energilagring är avgörande för en välbalanserad, modernt elnät alltmer beroende av förnybar, distribuerad energi, "sade Imre Gyuk, chef för Energy Storage Research vid DOE:s kontor för el. "Detta projekt stöder också en cirkulär ekonomi genom att återanvända en värdefull vara, minimera avfall, och säkerställa tillförlitliga, säker leverans av el för en robust ekonomi. "

Potentialen för låg kostnad, återanvänd batterilagring är enorm. Omkring 1 miljon elbilar finns på landets vägar för närvarande, med Edison Foundation som förutspår ytterligare 18,7 miljoner elbilar år 2030, eller cirka 7% av de totala fordonen, alla drivs av batteripaket.

ORNL-forskaren Michael Starke har lett ett projekt som stöds av OE:s energilagringsprogram för att skapa och förbättra kontroller för sekundär användning av batterilagring, inklusive distribution och testning av ett 15 kilowatt system på en Habitat for Humanity-hemsida i North Carolina, samt testning på ett forskarhus ORNL förvarar i ett grannskap nära labbet.

Med hjälp av mjukvaran och kraftelektronikhårdvaran som utvecklats av Starke och hans kollegor, det sekundära batterisystemet är utformat för att minska ett hems inköp från elnätet till noll under kritiska perioder med hög efterfrågan när elkostnaden är som högst. Hemmet använder istället el som genereras eller lagras från förnybar energi på plats.

"Nettofördelen är en mycket lägre elräkning som drar nytta av realtidstaktsstrukturer, "Sa Starke.

Processen frigör också en del av efterfrågan från verktygets serviceområde under toppperioder, hjälper till att balansera laster. "Den stora takeawayen är att visa att sekundäranvändning av energilagring är ekonomiskt lönsamt i dessa applikationer, "Tillade Starke.

"Sekundär användning är inte bara att ta begagnade bilbatterier och slänga in det i något. Det är en utmaning att komma till ett system av allmänt bruk. Verktyg vill ha något pålitligt och effektivt som de kan lita på under en lång period. Och de vill att bara en enhet ska kommunicera med det som kan hantera en enorm resurs, "Sa Starke.

Det ORNL-utvecklade systemet har molnbaserad kommunikation för fjärrkontroll, en flexibel inverter för att konvertera ström för antingen hushållsbruk eller elöverföring, och kontroller för att synkronisera systemet med det större nätet och för att säkerställa säker start och avstängning. Arbetet beskrivs detaljerat i tidningen, "Bostad (sekundäranvändning) energilagringssystem och modulär mjukvara och hårdvarukraftelektroniska gränssnitt, "presenterades vid IEEE Energy Conversion Congress and Exposition i höst.

Oak Ridge forskare har också tacklat utmaningen att integrera batterier i olika åldrar från olika tillverkare som har olika kemi, spänningar och kapaciteter till ett enhetligt och effektivt energilagringssystem. Forskarna utvecklade en metod som i huvudsak föreslår en önskad mängd laddning eller urladdning med batterierna, svarar sedan med sin status och förmåga att uppfylla begäran, vilket resulterar i effektiv resurssändning.

Arbetet beskrivs detaljerat i tidningen, "Arkitektur för multikemisk batterilagring i användningsskalan, "presenterades också vid IEEE-konferensen. Forskningen är en integrerad del i framtiden för hur EV-batterier kan återanvändas i ännu större projekt för att stödja nätlagring på verktygsnivå, Sa Starke.

Energilagring i användningsskalan är vanligtvis 100 kilowatt eller högre, med minst 1 megawatt -system som är optimala. Ett sådant projekt skulle behöva flera sekundära batterisystem.

"Detta ligger bakom vad verktyget ser, "Sa Starke." Verktyg vill bara ha ett block av energi, men det finns många undersystem som måste samordna och kontrollera dessa resurser för att skapa ett 1 megawatt system. "

Starke och hans kollegor i Electric Energy Systems Integration Group på ORNL utvecklar för närvarande ett 100-kilowatt sekundärt batterisystem för att ytterligare testa sina kontroller och hårdvarulösningar. Det kommer att vara det första projektet i sitt slag att återanvända EV-batterier för ett system i nätskala, på skalan i ett kvarter med flera hem.