Важность стабильности батареи

Несоответствие энергии аккумуляторных батарей в основном относится к несоответствию таких параметров, как емкость батареи, внутреннее сопротивление и температура. Наш ежедневный опыт показывает, что когда две сухие батареи соединены в положительном и отрицательном направлениях, фонарик загорается, и мы не учитываем последовательность. Однако когда батареи начнут массово использоваться в системах хранения энергии, ситуация станет не такой простой. При последовательном и параллельном использовании несовместимых батарей возникают следующие проблемы:

1. Потеря доступной мощности

В системе накопления энергии аккумуляторные элементы (т.е. аккумуляторные элементы) соединены последовательно, образуя аккумуляторный блок, а аккумуляторные блоки соединены последовательно, образуя аккумуляторный блок. Несколько кластеров батарей напрямую подключены параллельно к одной и той же шине постоянного тока. Причины потери доступной емкости из-за несогласованности ячеек включают несогласованность последовательных и параллельных ячеек.

(1) Потеря соответствия серии аккумуляторной батареи:

Из-за несоответствий, таких как различия в самих аккумуляторных элементах и ​​разница температур между аккумуляторными блоками, SOC (остаточный заряд) каждого аккумуляторного блока будет разным. Пока один аккумуляторный блок заполнен/разряжен, все аккумуляторные блоки в кластере перестанут заряжаться и разряжаться.

Рисунок 1. Несоответствие аккумуляторов приводит к несоответствию емкости серии.

(2) Несогласованность параллельного соединения блока батарей:

После того, как аккумуляторные блоки соединены напрямую параллельно для формирования аккумуляторных кластеров, напряжения каждого аккумуляторного кластера должны быть сбалансированы. Когда группа батарей с меньшим внутренним сопротивлением полностью заряжена или разряжена, другие группы батарей должны прекратить зарядку и разрядку, в результате чего группы батарей не заряжаются или не полностью разряжаются.

Рисунок 2. Разница токов при разрядке нескольких блоков батарей параллельно.

Кроме того, из-за небольшого внутреннего сопротивления батареи, даже если разница напряжений между каждым кластером, вызванная несогласованностью, составляет всего несколько вольт, неравномерный ток между кластерами будет очень большим. Как показано в измеренных данных электростанции в таблице ниже, разница зарядного тока достигает 75А (отклонение составляет 42% по сравнению с теоретическим средним значением). Ток отклонения может привести к перезарядке и чрезмерной разрядке в некоторых группах батарей. Это существенно влияет на эффективность зарядки и разрядки, срок службы батареи и даже приводит к серьезным несчастным случаям.

Таблица 1. Измеренные данные электростанции

2. Сокращение срока службы системы хранения энергии.

Температура является наиболее важным фактором, влияющим на срок службы накопителя энергии. Когда внутренняя температура системы хранения энергии повысится на 15 градусов, срок службы хранилища энергии сократится более чем наполовину. Литий-ионные аккумуляторы выделяют много тепла в процессе зарядки и разрядки. Из-за непостоянного внутреннего сопротивления отдельных элементов распределение температуры внутри системы хранения энергии будет неравномерным, скорость старения и затухания батареи увеличится, и в конечном итоге срок службы системы хранения энергии сократится.

Видно, что несоответствие температуры батареи в системе хранения энергии является важным фактором, влияющим на производительность системы хранения энергии. Это уменьшит доступную мощность системы хранения энергии, сократит срок службы системы хранения энергии и даже создаст угрозу безопасности.

Как бороться с несоответствием энергии аккумуляторных батарей?

Несоответствие элементов аккумуляторной батареи формируется в процессе производства и углубляется в процессе эксплуатации. Чем слабее элементы батареи в одном аккумуляторном блоке, тем они слабее и слабее. Однако, хотя полностью согласованных аккумуляторных элементов не существует, можно интегрировать цифровые технологии, технологии силовой электроники и технологии накопления энергии, а также использовать управляемость технологии силовой электроники, чтобы минимизировать влияние несогласованности литиевых батарей. В ответ на проблемы, вызванные несоответствием, проанализированным в предыдущей статье, некоторые производители на рынке выпустили струнные системы хранения энергии, которые обладают характеристиками усовершенствованного управления энергией и распределенного контроля температуры и могут использоваться для лечения симптомов:

(1) Усовершенствованное управление для увеличения доступной мощности.

По сравнению с традиционными АСУ ТП, которые управляют более чем 1,000–2,000 ячейками, струнная система хранения энергии повышает точность управления ячейками более чем до дюжины, что примерно в 100 раз выше. Учитывая несоответствие серий между аккумуляторными блоками, оптимизатор предназначен для обеспечения отдельного управления зарядкой и разрядкой для каждого аккумуляторного блока. Когда аккумуляторный блок достигает установленного порога, он отключается, и другие аккумуляторные блоки могут продолжать заряжаться и разряжаться, не влияя друг на друга, максимально используя емкость аккумулятора.

В то же время каждый кластер батарей оснащен интеллектуальным контроллером кластера, чтобы избежать влияния несогласованности батареи, вызванного прямым параллельным соединением, так что ток заряда и разряда каждого кластера можно точно контролировать с погрешностью менее 1%. . Это позволяет избежать несоответствия между кластерами и действительно реализует независимое управление зарядкой и разрядкой между кластерами батарей, исключает возникновение циркуляции и дополнительно повышает емкость и безопасность системы.

(2) Распределенный контроль температуры для продления срока службы системы хранения энергии.

Традиционные контейнеры для хранения энергии оснащены 1-2 централизованными кондиционерами и используют продольные воздуховоды для отвода тепла. Длина воздуховода составляет от 6 до 12 метров. Из-за длинного канала рассеивания тепла невозможно гарантировать постоянство температуры каждого аккумуляторного блока и аккумуляторного блока.

Рисунок 3. Традиционная централизованная структура отвода тепла.

Струнный накопитель энергии использует распределенное рассеивание тепла на уровне кластера, используя распределенное кондиционирование воздуха вместо централизованного кондиционирования. Каждый блок батарей может рассеивать тепло независимо и равномерно, а длина воздуховода составляет менее 1 метра, что значительно повышает эффективность рассеивания тепла и позволяет избежать разницы температур, вызванной физическим расположением. В то же время аккумуляторный блок умело использует запатентованный бионический канал отвода тепла в форме дерева для регулировки длины и расстояния каждого канала аккумуляторного элемента, чтобы количество охлаждения, проходящего через каждый аккумуляторный элемент, было максимально постоянным, что снижает температуру. несоответствие каждой поверхности каждого элемента батареи.

Рисунок 4. Структурная схема распределенного теплоотвода.

Несовместимость аккумуляторов является основной причиной многих проблем в современных системах хранения энергии. Однако из-за химических характеристик батарей и влияния окружающей среды, несоответствие батареи трудно устранить. Струнная система хранения энергии значительно ослабляет требования системы к согласованности работы батареи за счет управляемости силовой электроники и цифровых технологий, что может значительно увеличить доступную емкость системы хранения энергии и повысить безопасность системы.