Importanza della consistenza della batteria

L'incoerenza delle batterie di accumulo dell'energia si riferisce principalmente all'incoerenza di parametri quali capacità della batteria, resistenza interna e temperatura. La nostra esperienza quotidiana è che quando due batterie a secco sono collegate in direzione positiva e negativa, la torcia si accende e non consideriamo la coerenza. Tuttavia, una volta che le batterie vengono utilizzate su larga scala nei sistemi di accumulo dell’energia, la situazione non è così semplice. Quando si utilizzano batterie incompatibili in serie e in parallelo, si verificheranno i seguenti problemi:

1. Perdita di capacità disponibile

Nel sistema di accumulo dell'energia, le celle della batteria (cioè le celle della batteria) sono collegate in serie per formare un pacco batteria, e i pacchi batteria sono collegati in serie per formare un gruppo di batterie. Più cluster di batterie sono collegati direttamente in parallelo allo stesso bus CC. Le ragioni della perdita di capacità disponibile dovuta all'incoerenza delle celle includono l'incoerenza in serie e l'incoerenza parallela.

(1) Perdita di incoerenza della serie del pacco batteria:

A causa di incongruenze quali differenze nelle celle stesse della batteria e differenze di temperatura tra i pacchi batteria, il SOC (potenza rimanente) di ciascun pacco batteria sarà diverso. Finché un pacco batteria è pieno/svuotato, tutti i pacchi batteria nel quadro strumenti smetteranno di caricarsi e scaricarsi.

Figura 1. L'incoerenza della batteria causa una mancata corrispondenza della capacità della serie

(2) Perdita di incoerenza del collegamento parallelo del gruppo batterie:

Dopo che i pacchi batteria sono stati collegati direttamente in parallelo per formare gruppi di batterie, le tensioni di ciascun gruppo di batterie devono essere bilanciate. Quando il gruppo batteria con resistenza interna più piccola è completamente carico o scarico, gli altri gruppi batteria devono interrompere la carica e la scarica, con il risultato che i gruppi batteria non saranno completamente caricati o completamente scaricati.

Figura 2 Differenza di corrente durante la scarica di più gruppi di batterie in parallelo

Inoltre, a causa della piccola resistenza interna della batteria, anche se la differenza di tensione tra ciascun cluster causata dall'incoerenza è solo di pochi volt, la corrente irregolare tra i cluster sarà molto grande. Come mostrato nei dati misurati di una centrale elettrica nella tabella seguente, la differenza di corrente di carica raggiunge i 75 A (la deviazione è del 42% rispetto al valore medio teorico). La corrente di deviazione causerà un sovraccarico e uno scaricamento eccessivo in alcuni gruppi di batterie. Ciò influisce notevolmente sull'efficienza di carica e scarica, sulla durata della batteria e provoca persino gravi incidenti di sicurezza.

Tabella 1 Dati misurati di una centrale elettrica

2. Vita ridotta del sistema di accumulo dell'energia

La temperatura è il fattore più critico che influenza la durata dell’accumulo di energia. Quando la temperatura interna del sistema di accumulo dell'energia aumenta di 15 gradi, la durata del sistema di accumulo dell'energia si ridurrà di oltre la metà. Le batterie agli ioni di litio generano molto calore durante il processo di carica e scarica. A causa della resistenza interna incoerente delle singole celle, la distribuzione della temperatura all'interno del sistema di accumulo dell'energia sarà irregolare, l'invecchiamento della batteria e il tasso di attenuazione aumenteranno e, infine, la durata del sistema di accumulo dell'energia sarà ridotta.

Si può vedere che l'incoerenza della temperatura della batteria nel sistema di accumulo dell'energia è un fattore importante che influenza le prestazioni del sistema di accumulo dell'energia. Ridurrà la capacità disponibile del sistema di accumulo dell’energia, ridurrà la durata del ciclo di vita del sistema di accumulo dell’energia e causerà persino rischi per la sicurezza.

Come affrontare l'incoerenza delle batterie di accumulo dell'energia?

L'incoerenza delle celle della batteria si forma durante il processo di produzione e si approfondisce durante l'uso. Quanto più deboli sono le celle della batteria nello stesso pacco batteria, tanto più deboli sono e tanto più deboli sono. Tuttavia, sebbene non esistano celle della batteria completamente coerenti, è possibile integrare la tecnologia digitale, la tecnologia dell'elettronica di potenza e la tecnologia di accumulo dell'energia e utilizzare la controllabilità della tecnologia dell'elettronica di potenza per ridurre al minimo l'impatto dell'incoerenza della batteria al litio. In risposta ai problemi causati dall'incoerenza analizzati nell'articolo precedente, alcuni produttori sul mercato hanno lanciato sistemi di accumulo di energia a stringa, che hanno le caratteristiche di una gestione raffinata dell'energia e di un controllo distribuito della temperatura, e possono essere utilizzati per trattare i sintomi:

(1) Gestione perfezionata per aumentare la capacità disponibile

Rispetto al PCS tradizionale che gestisce più di 1,000 fino a 2,000 celle, il sistema di accumulo di energia a stringa migliora la precisione della gestione delle celle portandola a più di una dozzina, ovvero circa 100 volte superiore. In considerazione della mancata corrispondenza in serie tra i pacchi batteria, l'ottimizzatore è progettato per ottenere una gestione separata della carica e dello scaricamento per ciascun pacco batteria. Quando un pacco batteria raggiunge la soglia impostata, viene bypassato e gli altri pacchi batteria possono continuare a caricarsi e scaricarsi senza influenzarsi a vicenda, massimizzando l'utilizzo della capacità della batteria.

Allo stesso tempo, ciascun cluster di batterie è dotato di un controller del cluster intelligente per evitare l'impatto dell'incoerenza della batteria causata dalla connessione parallela diretta, in modo che la corrente di carica e scarica di ciascun cluster possa essere controllata accuratamente con un errore inferiore all'1% . Ciò evita la mancata corrispondenza tra i cluster e realizza realmente una gestione indipendente di carica e scarica tra i cluster di batterie, elimina la generazione di circolazione e migliora ulteriormente la capacità e la sicurezza del sistema.

(2) Controllo distribuito della temperatura per prolungare la vita del sistema di accumulo dell'energia

I tradizionali contenitori di stoccaggio dell'energia sono dotati di 1-2 condizionatori d'aria centralizzati e utilizzano condotti d'aria longitudinali per la dissipazione del calore. La lunghezza del condotto dell'aria va da circa 6 metri a 12 metri. A causa del lungo canale di dissipazione del calore, non è possibile garantire la coerenza della temperatura di ciascun pacco batteria e gruppo batteria.

Figura 3 Struttura tradizionale di dissipazione del calore centralizzata

L'accumulo di energia nelle stringhe utilizza la dissipazione del calore distribuita a livello di cluster, utilizzando l'aria condizionata distribuita anziché l'aria condizionata centralizzata. Ogni gruppo batteria può dissipare il calore in modo indipendente e uniforme e la lunghezza del condotto dell'aria è inferiore a 1 metro, il che migliora notevolmente l'efficienza di dissipazione del calore ed evita la differenza di temperatura causata dalla posizione fisica. Allo stesso tempo, il pacco batteria utilizza abilmente il condotto di dissipazione del calore brevettato bionico a forma di albero per regolare la lunghezza e la distanza di ciascun condotto di ciascuna cella della batteria, in modo che la quantità di raffreddamento trasmessa da ciascuna cella della batteria sia il più coerente possibile, riducendo la temperatura incoerenza di ciascuna superficie di ciascuna cella della batteria.

Figura 4 Diagramma della struttura della dissipazione del calore distribuito

L’incoerenza delle batterie è la causa principale di molti problemi negli attuali sistemi di accumulo dell’energia. Tuttavia, a causa delle caratteristiche chimiche delle batterie e dell’influenza dell’ambiente applicativo, l’incoerenza delle batterie è difficile da eliminare. Il sistema di accumulo dell'energia a stringa indebolisce notevolmente i requisiti del sistema per la coerenza della batteria attraverso la controllabilità dell'elettronica di potenza e della tecnologia digitale, che può aumentare notevolmente la capacità disponibile del sistema di accumulo dell'energia e migliorare la sicurezza del sistema.