Важливість консистенції батареї

Невідповідність акумуляторних батарей в основному стосується невідповідності таких параметрів, як ємність батареї, внутрішній опір і температура. Наш щоденний досвід показує, що коли дві сухі батареї з’єднані в позитивному та негативному напрямках, ліхтарик засвітиться, і ми не враховуємо послідовність. Однак, як тільки батареї використовуються у великих масштабах у системах зберігання енергії, ситуація не така проста. Якщо несумісні батареї використовуються послідовно та паралельно, виникнуть такі проблеми:

1. Втрата доступної потужності

У системі накопичення енергії елементи батареї (тобто елементи батареї) з’єднані послідовно, щоб утворити блок батарей, а блоки батарей з’єднані послідовно, щоб утворити кластер батарей. Кілька кластерів акумуляторів безпосередньо підключені паралельно до однієї шини постійного струму. Причини втрати доступної ємності через неузгодженість клітинок включають неузгодженість послідовності та паралельної неузгодженості.

(1) Втрата невідповідності серії акумуляторної батареї:

Через невідповідності, такі як відмінності в самих елементах батареї та різницю температур між акумуляторами, SOC (залишок заряду) кожного акумулятора буде різним. Поки один акумуляторний блок повний/порожній, усі акумуляторні блоки в кластері припиняться заряджатися та розряджатися.

Рисунок 1. Невідповідність батареї викликає невідповідність ємності серії

(2) Втрата невідповідності паралельного з’єднання кластера акумуляторів:

Після того, як акумуляторні блоки з’єднані паралельно для формування кластерів батарей, напруга кожного кластера акумуляторів змушена бути збалансованою. Коли кластер батареї з меншим внутрішнім опором повністю заряджається або розряджається, інші кластери батареї повинні припинити заряджання та розряджання, що призведе до того, що кластери акумуляторів не будуть повністю заряджені або повністю розряджені.

Малюнок 2. Різниця струмів під час паралельного розряду кількох кластерів батарей

Крім того, через малий внутрішній опір батареї, навіть якщо різниця напруг між кожним кластером, викликана невідповідністю, становить лише кілька вольт, нерівномірний струм між кластерами буде дуже великим. Як показано в даних вимірювань електростанції в таблиці нижче, різниця зарядного струму досягає 75 А (відхилення становить 42% порівняно з теоретичним середнім значенням). Струм відхилення спричинить перезаряд і надмірний розряд у деяких кластерах акумуляторів. Це значно впливає на ефективність заряджання та розряджання, термін служби батареї та навіть спричиняє серйозні нещасні випадки.

Таблиця 1 Виміряні дані електростанції

2. Скорочений термін служби системи накопичення енергії

Температура є найважливішим фактором, що впливає на термін служби накопичувача енергії. Коли внутрішня температура системи накопичення енергії підвищується на 15 градусів, термін служби накопичувача енергії скорочується більш ніж наполовину. Літій-іонні акумулятори виділяють багато тепла під час процесу заряджання та розряджання. Через непостійний внутрішній опір окремих елементів розподіл температури всередині системи накопичення енергії буде нерівномірним, старіння батареї та швидкість ослаблення збільшаться, і, зрештою, термін служби системи накопичення енергії скоротиться.

Можна побачити, що невідповідність температури батареї в системі накопичення енергії є важливим фактором, що впливає на продуктивність системи накопичення енергії. Це зменшить доступну ємність системи накопичення енергії, скоротить термін служби системи накопичення енергії та навіть спричинить загрозу безпеці.

Як боротися з невідповідністю акумуляторів енергії?

Невідповідність елементів батареї формується в процесі виробництва і поглиблюється в процесі використання. Чим слабші елементи батареї в одній батареї, тим вони слабші й тим слабші. Однак, незважаючи на те, що немає абсолютно узгоджених елементів батареї, можна інтегрувати цифрову технологію, технологію силової електроніки та технологію зберігання енергії, а також використовувати керованість технологій силової електроніки, щоб мінімізувати вплив неузгодженості літієвої батареї. У відповідь на проблеми, спричинені невідповідністю, проаналізованою в попередній статті, деякі виробники на ринку випустили струнні системи накопичення енергії, які мають характеристики вдосконаленого управління енергією та розподіленого контролю температури та можуть використовуватися для лікування симптомів:

(1) Покращене управління для збільшення доступної ємності

Порівняно з традиційною PCS, яка керує більш ніж від 1, 000 до 2, 000 комірок, система накопичення енергії рядків покращує точність керування комірками до більш ніж десятка, що приблизно в 100 разів вище. Зважаючи на невідповідність серій між акумуляторними блоками, оптимізатор розроблено для досягнення окремого керування зарядом і розрядом для кожного акумуляторного блоку. Коли акумуляторна батарея досягає встановленого порогового значення, акумуляторна батарея ігнорується, і інші акумуляторні батареї можуть продовжувати заряджатися та розряджатися, не впливаючи одна на одну, максимально збільшуючи використання ємності батареї.

У той же час кожен кластер акумуляторів оснащений інтелектуальним контролером кластера, щоб уникнути впливу неузгодженості акумулятора, спричиненого прямим паралельним з’єднанням, так що струм заряду та розряду кожного кластера можна точно контролювати з похибкою менше 1% . Це дозволяє уникнути невідповідності між кластерами та справді реалізує незалежне керування зарядом і розрядом між кластерами акумуляторів, усуває генерацію циркуляції та додатково покращує ємність і безпеку системи.

(2) Розподілений контроль температури для продовження терміну служби системи накопичення енергії

Традиційні накопичувачі енергії оснащені 1-2 централізованими кондиціонерами та використовують поздовжні повітропроводи для розсіювання тепла. Довжина повітропроводу приблизно від 6 до 12 метрів. Через довгий канал розсіювання тепла не можна гарантувати постійну температуру кожної батареї та групи батарей.

Рисунок 3 Традиційна централізована структура розсіювання тепла

Стрункове зберігання енергії використовує розподілене розсіювання тепла на рівні кластера, використовуючи розподілене кондиціонування повітря замість централізованого. Кожен кластер батарей може розсіювати тепло незалежно та рівномірно, а довжина повітропроводу становить менше 1 метра, що значно покращує ефективність розсіювання тепла та дозволяє уникнути різниці температур, викликаної фізичним розташуванням. Водночас акумуляторна батарея вміло використовує біонічну запатентовану трубу розсіювання тепла у формі дерева, щоб регулювати довжину та відстань кожної камери акумуляторної батареї, щоб кількість охолодження, що проходить кожним елементом батареї, була максимально постійною, знижуючи температуру. невідповідність кожної поверхні кожного елемента батареї.

Рисунок 4 Структурна схема розподіленого тепловідведення

Невідповідність батареї є основною причиною багатьох проблем у сучасних системах зберігання енергії. Однак через хімічні характеристики батарей і вплив навколишнього середовища, невідповідність батареї важко усунути. Струнна система накопичення енергії значно послаблює вимоги системи до узгодженості батареї через керованість силової електроніки та цифрових технологій, що може значно збільшити доступну ємність системи накопичення енергії та покращити безпеку системи.