Važnost konzistencije baterije

Nedosljednost baterija za pohranu energije uglavnom se odnosi na nedosljednost parametara kao što su kapacitet baterije, unutrašnji otpor i temperatura. Naše svakodnevno iskustvo je da kada se dvije suhe baterije povežu u pozitivnom i negativnom smjeru, lampa će se upaliti, a mi ne uzimamo u obzir dosljednost. Međutim, kada se baterije u velikim količinama koriste u sistemima za skladištenje energije, situacija nije tako jednostavna. Kada se nedosljedne baterije koriste u seriji i paralelno, pojavit će se sljedeći problemi:

1. Gubitak raspoloživog kapaciteta

U sistemu za skladištenje energije, ćelije baterije (tj. ćelije baterije) su povezane u seriju kako bi formirale baterijski paket, a paketi baterija su povezani u seriju da formiraju klaster baterija. Više klastera baterija je direktno povezano paralelno na istu DC magistralu. Razlozi za gubitak raspoloživog kapaciteta zbog nekonzistentnosti ćelije uključuju serijsku nedosljednost i paralelnu nedosljednost.

(1) Gubitak serijskih nedosljednosti paketa baterija:

Zbog nedosljednosti kao što su razlike u samim baterijskim ćelijama i temperaturne razlike između paketa baterija, SOC (preostala snaga) svakog paketa baterija će biti različita. Sve dok je jedan paket baterija pun/prazan, svi paketi baterija u grupi će prestati da se pune i prazni.

Slika 1. Nedosljednost baterije uzrokuje neusklađenost kapaciteta serije

(2) Gubitak nedosljednosti paralelne veze klastera baterija:

Nakon što su baterijski paketi direktno povezani paralelno kako bi formirali klastere baterija, naponi svakog klastera baterija se prisiljavaju na balansiranje. Kada je grupa baterija sa manjim unutrašnjim otporom u potpunosti napunjena ili ispražnjena, ostali skupovi baterija moraju prestati da se pune i prazni, što dovodi do toga da grupa baterija nije potpuno napunjena ili potpuno ispražnjena.

Slika 2. Razlika u struji tokom paralelnog pražnjenja više klastera baterija

Osim toga, zbog malog unutrašnjeg otpora baterije, čak i ako je razlika napona između svakog klastera uzrokovana nekonzistentnošću samo nekoliko volti, neravnomjerna struja između klastera će biti vrlo velika. Kao što je prikazano u izmjerenim podacima elektrane u tabeli ispod, razlika struje punjenja dostiže 75A (odstupanje je 42% u poređenju sa teoretskom prosječnom vrijednošću). Struja odstupanja će uzrokovati prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje u nekim grupama baterija. To uvelike utječe na efikasnost punjenja i pražnjenja, vijek trajanja baterije, pa čak i uzrokuje ozbiljne sigurnosne nesreće.

Tabela 1 Mjerni podaci elektrane

2. Skraćeni vijek trajanja sistema za skladištenje energije

Temperatura je najkritičniji faktor koji utječe na vijek skladištenja energije. Kada unutrašnja temperatura sistema za skladištenje energije poraste za 15 stepeni, životni vek skladišta energije će se skratiti za više od polovine. Litijum-jonske baterije stvaraju mnogo toplote tokom procesa punjenja i pražnjenja. Zbog nedosljednog unutrašnjeg otpora pojedinačnih ćelija, raspodjela temperature unutar sistema za pohranu energije će biti neravnomjerna, starenje baterije i stopa slabljenja će se povećati, a na kraju će se skratiti vijek trajanja sistema za skladištenje energije.

Može se uočiti da je temperaturna neusklađenost baterije u sistemu za skladištenje energije važan faktor koji utiče na performanse sistema za skladištenje energije. To će smanjiti raspoloživi kapacitet sistema za skladištenje energije, skratiti životni vek sistema za skladištenje energije, pa čak i izazvati bezbednosne opasnosti.

Kako se nositi s nedosljednošću baterija za pohranu energije?

Nekonzistentnost ćelija baterije nastaje tokom procesa proizvodnje i produbljuje se tokom upotrebe. Što su baterije u istoj bateriji slabije, one su i slabije. Međutim, iako ne postoje potpuno konzistentne baterijske ćelije, moguće je integrirati digitalnu tehnologiju, tehnologiju energetske elektronike i tehnologiju skladištenja energije, te koristiti upravljivost tehnologije energetske elektronike kako bi se smanjio utjecaj nedosljednosti litijumske baterije. Kao odgovor na probleme uzrokovane nedosljednostima analiziranim u prethodnom članku, neki proizvođači na tržištu su lansirali nizne sisteme za skladištenje energije, koji imaju karakteristike rafiniranog upravljanja energijom i distribuirane kontrole temperature, a mogu se koristiti za liječenje simptoma:

(1) Rafinirano upravljanje za povećanje raspoloživih kapaciteta

U poređenju sa tradicionalnim PCS-om koji upravlja više od 1,000 do 2,000 ćelije, sistem za pohranu energije niza poboljšava tačnost upravljanja ćelijama na više od desetine, što je oko 100 puta više. S obzirom na neusklađenost serije između paketa baterija, optimizator je dizajniran da postigne odvojeno upravljanje punjenjem i pražnjenjem za svaki paket baterija. Kada baterija dostigne postavljeni prag, baterija se zaobilazi, a drugi paketi baterija mogu nastaviti da se pune i prazne bez međusobnog utjecaja, maksimizirajući korištenje kapaciteta baterije.

Istovremeno, svaki baterijski klaster opremljen je inteligentnim kontrolerom klastera kako bi se izbjegao utjecaj nedosljednosti baterije uzrokovane direktnom paralelnom vezom, tako da se struja punjenja i pražnjenja svakog klastera može precizno kontrolirati s greškom manjom od 1% . Ovo izbjegava neusklađenost između klastera i zaista ostvaruje nezavisno upravljanje punjenjem i pražnjenjem između klastera baterija, eliminiše stvaranje cirkulacije i dalje poboljšava kapacitet i sigurnost sistema.

(2) Distribuirana kontrola temperature kako bi se produžio vijek trajanja sistema za skladištenje energije

Tradicionalni spremnici za skladištenje energije opremljeni su 1-2 centraliziranim klima uređajima i koriste uzdužne zračne kanale za odvođenje topline. Dužina vazdušnog kanala je oko 6 metara do 12 metara. Zbog dugog kanala za disipaciju toplote, ne može se garantovati konzistentnost temperature svakog paketa baterija i grupe baterija.

Slika 3 Tradicionalna centralizirana struktura odvođenja topline

String skladištenje energije koristi distribuiranu disipaciju toplote na nivou klastera, koristeći distribuiranu klimatizaciju umesto centralizovane klimatizacije. Svaki skup baterija može samostalno i ravnomjerno raspršiti toplinu, a dužina zračnog kanala je manja od 1 metar, što uvelike poboljšava efikasnost odvođenja topline i izbjegava temperaturnu razliku uzrokovanu fizičkom lokacijom. U isto vrijeme, baterija pametno koristi bionički patentirani kanal za rasipanje topline u obliku drveta kako bi podesio dužinu i udaljenost svakog kanala baterijske ćelije, tako da količina hlađenja koju prođe svaka baterijska ćelija bude što je moguće konzistentnija, smanjujući temperaturu nedosljednost svake površine svake baterije baterije.

Slika 4 Dijagram strukture distribuirane disipacije topline

Nedosljednost baterije je osnovni uzrok mnogih problema u trenutnim sistemima za skladištenje energije. Međutim, zbog hemijskih karakteristika baterija i uticaja okruženja aplikacije, nedoslednost baterija je teško iskorijeniti. Sistem za pohranu energije u nizu uvelike slabi zahtjeve sistema za konzistentnošću baterije kroz upravljivost energetske elektronike i digitalne tehnologije, što može uvelike povećati raspoloživi kapacitet sistema za skladištenje energije i poboljšati sigurnost sistema.