Importància de la consistència de la bateria

La inconsistència de les bateries d'emmagatzematge d'energia es refereix principalment a la inconsistència de paràmetres com ara la capacitat de la bateria, la resistència interna i la temperatura. La nostra experiència diària és que quan es connecten dues piles seques en direccions positives i negatives, la llanterna s'il·luminarà i no tenim en compte la consistència. Tanmateix, una vegada que les bateries s'utilitzen a gran escala en sistemes d'emmagatzematge d'energia, la situació no és tan senzilla. Quan s'utilitzen bateries inconsistents en sèrie i en paral·lel, es produiran els problemes següents:

1. Pèrdua de capacitat disponible

En el sistema d'emmagatzematge d'energia, les cèl·lules de bateries (és a dir, les de bateries) es connecten en sèrie per formar un paquet de bateries, i els paquets de bateries es connecten en sèrie per formar un grup de bateries. Diversos grups de bateries estan connectats directament en paral·lel al mateix bus de corrent continu. Els motius de la pèrdua de capacitat disponible a causa de la inconsistència cel·lular inclouen la inconsistència en sèrie i la inconsistència paral·lela.

(1) Incoherència de la sèrie de la pèrdua de la bateria:

A causa d'incoherències, com ara les diferències en les cèl·lules de la bateria i les diferències de temperatura entre els paquets de bateries, el SOC (potència restant) de cada paquet de bateria serà diferent. Mentre una bateria estigui plena/buida, totes les bateries del clúster deixaran de carregar-se i descarregar-se.

Figura 1. La incoherència de la bateria fa que la capacitat de sèrie no coincideixi

(2) Pèrdua d'incoherència de la connexió en paral·lel del grup de bateries:

Després que els paquets de bateries es connectin directament en paral·lel per formar grups de bateries, els voltatges de cada grup de bateries es veuen obligats a equilibrar-se. Quan el grup de bateries amb una resistència interna més petita està completament carregat o descarregat, els altres grups de bateries han de deixar de carregar-se i descarregar-se, de manera que els grups de bateries no es carreguen o es descarreguin completament.

Figura 2 Diferència de corrent durant la descàrrega de diversos grups de bateries en paral·lel

A més, a causa de la petita resistència interna de la bateria, fins i tot si la diferència de tensió entre cada clúster causada per la inconsistència és de només uns pocs volts, el corrent desigual entre els clústers serà molt gran. Com es mostra a les dades mesurades d'una central elèctrica a la taula següent, la diferència de corrent de càrrega arriba als 75 A (la desviació és del 42% en comparació amb el valor mitjà teòric). El corrent de desviació provocarà sobrecàrrega i sobredescàrrega en alguns grups de bateries. Afecta molt l'eficiència de càrrega i descàrrega, la durada de la bateria i fins i tot provoca greus accidents de seguretat.

Taula 1 Dades mesurades d'una central elèctrica

2. Vida reduïda del sistema d'emmagatzematge d'energia

La temperatura és el factor més crític que afecta la vida útil de l'emmagatzematge d'energia. Quan la temperatura interna del sistema d'emmagatzematge d'energia augmenta 15 graus, la vida útil de l'emmagatzematge d'energia s'escurçarà més de la meitat. Les bateries d'ions de liti generen molta calor durant el procés de càrrega i descàrrega. A causa de la resistència interna inconsistent de les cèl·lules individuals, la distribució de la temperatura dins del sistema d'emmagatzematge d'energia serà desigual, augmentarà l'envelliment de la bateria i la taxa d'atenuació i, finalment, s'escurçarà la vida útil del sistema d'emmagatzematge d'energia.

Es pot veure que la incoherència de temperatura de la bateria al sistema d'emmagatzematge d'energia és un factor important que afecta el rendiment del sistema d'emmagatzematge d'energia. Reduirà la capacitat disponible del sistema d'emmagatzematge d'energia, escurçarà la vida útil del sistema d'emmagatzematge d'energia i fins i tot provocarà perills per a la seguretat.

Com fer front a la inconsistència de les bateries d'emmagatzematge d'energia?

La inconsistència de les cèl·lules de la bateria es forma durant el procés de producció i s'aprofundeix durant l'ús. Com més febles són les cèl·lules de la bateria del mateix paquet de bateries, més febles són i més febles són. Tanmateix, tot i que no hi ha cèl·lules de bateria completament coherents, és possible integrar la tecnologia digital, la tecnologia d'electrònica de potència i la tecnologia d'emmagatzematge d'energia, i utilitzar la controlabilitat de la tecnologia d'electrònica de potència per minimitzar l'impacte de la inconsistència de la bateria de liti. En resposta als problemes provocats per la inconsistència analitzada a l'article anterior, alguns fabricants del mercat han llançat sistemes d'emmagatzematge d'energia de corda, que presenten les característiques d'una gestió refinada de l'energia i un control distribuït de la temperatura, i que es poden utilitzar per tractar els símptomes:

(1) Gestió refinada per augmentar la capacitat disponible

En comparació amb el PCS tradicional que gestiona més d'1,000 a 2,000 cèl·lules, el sistema d'emmagatzematge d'energia de corda millora la precisió de gestió de cèl·lules a més d'una dotzena, que és unes 100 vegades més gran. Tenint en compte la discrepància de sèrie entre els paquets de bateries, l'optimitzador està dissenyat per aconseguir una gestió de càrrega i descàrrega separada per a cada paquet de bateries. Quan un paquet de bateries arriba al llindar establert, el paquet de bateries s'omet i altres paquets de bateries poden continuar carregant-se i descarregant-se sense afectar-se els uns als altres, maximitzant l'ús de la capacitat de la bateria.

Al mateix temps, cada clúster de bateries està equipat amb un controlador de clúster intel·ligent per evitar l'impacte de la inconsistència de la bateria causada per la connexió en paral·lel directa, de manera que el corrent de càrrega i descàrrega de cada clúster es pot controlar amb precisió amb un error inferior a l'1% . D'aquesta manera s'evita el desajust entre els clústers i s'aconsegueix una gestió de càrrega i descàrrega independent entre els clústers de bateries, elimina la generació de circulació i millora encara més la capacitat i la seguretat del sistema.

(2) Control de temperatura distribuït per allargar la vida útil del sistema d'emmagatzematge d'energia

Els contenidors d'emmagatzematge d'energia tradicionals estan equipats amb 1-2 aparells d'aire condicionat centralitzats i utilitzen conductes d'aire longitudinals per a la dissipació de calor. La longitud del conducte d'aire és d'uns 6 metres a 12 metres. A causa del llarg canal de dissipació de calor, no es pot garantir la consistència de la temperatura de cada paquet de bateries i clúster de bateries.

Figura 3 Estructura tradicional de dissipació de calor centralitzada

L'emmagatzematge d'energia de cadena utilitza la dissipació de calor distribuïda a nivell de clúster, utilitzant l'aire condicionat distribuït en lloc de l'aire condicionat centralitzat. Cada grup de bateries pot dissipar la calor de manera independent i uniforme, i la longitud del conducte d'aire és inferior a 1 metre, cosa que millora molt l'eficiència de dissipació de calor i evita la diferència de temperatura causada per la ubicació física. Al mateix temps, el paquet de bateries utilitza intel·ligentment el conducte de dissipació de calor patentat biònic en forma d'arbre per ajustar la longitud i la distància de cada conducte de cèl·lula de la bateria, de manera que la quantitat de refrigeració que passa cada cel·la de la bateria sigui el més consistent possible, reduint la temperatura. inconsistència de cada superfície de cada pila de bateria.

Figura 4 Diagrama d'estructura de dissipació de calor distribuïda

La inconsistència de la bateria és la causa principal de molts problemes en els actuals sistemes d'emmagatzematge d'energia. Tanmateix, a causa de les característiques químiques de les bateries i de la influència de l'entorn de l'aplicació, la inconsistència de la bateria és difícil d'eradicar. El sistema d'emmagatzematge d'energia de corda debilita molt els requisits del sistema de consistència de la bateria mitjançant la controlabilitat de l'electrònica de potència i la tecnologia digital, que poden augmentar considerablement la capacitat disponible del sistema d'emmagatzematge d'energia i millorar la seguretat del sistema.