Belang van batterijconsistentie

De inconsistentie van energieopslagbatterijen verwijst voornamelijk naar de inconsistentie van parameters zoals batterijcapaciteit, interne weerstand en temperatuur. Onze dagelijkse ervaring is dat wanneer twee droge batterijen in positieve en negatieve richting zijn aangesloten, de zaklamp gaat branden, en we houden geen rekening met consistentie. Zodra batterijen echter op grote schaal worden gebruikt in energieopslagsystemen, is de situatie niet zo eenvoudig. Wanneer inconsistente batterijen in serie en parallel worden gebruikt, zullen de volgende problemen optreden:

1. Verlies van beschikbare capaciteit

In het energieopslagsysteem worden batterijcellen (dwz batterijcellen) in serie geschakeld om een ​​batterijpakket te vormen, en worden batterijpakketten in serie geschakeld om een ​​batterijcluster te vormen. Meerdere batterijclusters zijn direct parallel aangesloten op dezelfde DC-bus. De redenen voor het verlies van beschikbare capaciteit als gevolg van celinconsistentie omvatten serie-inconsistentie en parallelle inconsistentie.

(1) Verlies van inconsistentie in de serie accu's:

Vanwege inconsistenties zoals verschillen in de batterijcellen zelf en temperatuurverschillen tussen batterijpakketten, zal de SOC (resterend vermogen) van elk batterijpakket anders zijn. Zolang één accupakket vol/leeg is, stoppen alle accupakketten in het cluster met laden en ontladen.

Figuur 1. Inconsistentie van de batterij zorgt ervoor dat de seriecapaciteit niet overeenkomt

(2) Inconsistentieverlies van de parallelle verbinding van het batterijcluster:

Nadat de batterijpakketten direct parallel zijn aangesloten om batterijclusters te vormen, worden de spanningen van elk batterijcluster gedwongen in evenwicht te worden gebracht. Wanneer het accucluster met kleinere interne weerstand volledig wordt opgeladen of ontladen, moeten de andere accuclusters stoppen met laden en ontladen, waardoor de accuclusters niet volledig worden opgeladen of volledig ontladen.

Figuur 2 Stroomverschil tijdens het parallel ontladen van meerdere accuclusters

Bovendien zal, vanwege de kleine interne weerstand van de batterij, de ongelijkmatige stroom tussen de clusters zeer groot zijn, zelfs als het spanningsverschil tussen elk cluster, veroorzaakt door inconsistentie, slechts een paar volt bedraagt. Zoals blijkt uit de meetgegevens van een elektriciteitscentrale in onderstaande tabel, bedraagt ​​het laadstroomverschil 75A (de afwijking is 42% vergeleken met de theoretische gemiddelde waarde). De afwijkende stroom veroorzaakt bij sommige accuclusters overbelasting en overontlading. Het heeft een grote invloed op de laad- en ontlaadefficiëntie, de levensduur van de batterij en veroorzaakt zelfs ernstige veiligheidsongevallen.

Tabel 1 Meetgegevens van een elektriciteitscentrale

2. Verkorte levensduur van het energieopslagsysteem

Temperature is the most critical factor affecting the life of energy storage. When the internal temperature of the energy storage system rises by 15°C, the life of the energy storage will be shortened by more than half. Lithium-ion batteries generate a lot of heat during the charging and discharging process. Due to the inconsistent internal resistance of the single cells, the temperature distribution inside the energy storage system will be uneven, the battery aging and attenuation rate will increase, and ultimately the life of the energy storage system will be shortened.

It can be seen that the temperature inconsistency of the battery in the energy storage system is an important factor affecting the performance of the energy storage system. It will reduce the available capacity of the energy storage system, shorten the cycle life of the energy storage system, and even cause safety hazards.

How to deal with the inconsistency of energy storage batteries?

The inconsistency of battery cells is formed during the production process and deepened during use. The weaker the battery cells in the same battery pack, the weaker they are, and the weaker they are. However, although there are no completely consistent battery cells, it is possible to integrate digital technology, power electronics technology and energy storage technology, and use the controllability of power electronics technology to minimize the impact of lithium battery inconsistency. In response to the problems caused by the inconsistency analyzed in the previous article, some manufacturers on the market have launched string energy storage systems, which have the characteristics of refined energy management and distributed temperature control, and can be used to treat the symptoms:

(1) Refined management to increase available capacity

Compared to the traditional PCS that manages more than 1,000 to 2,000 cells, the string energy storage system improves the cell management accuracy to more than a dozen, which is about 100 times higher. In view of the series mismatch between battery packs, the optimizer is designed to achieve separate charge and discharge management for each battery pack. When a battery pack reaches the set threshold, the battery pack is bypassed, and other battery packs can continue to charge and discharge without affecting each other, maximizing the use of battery capacity.

At the same time, each battery cluster is equipped with an intelligent cluster controller to avoid the impact of battery inconsistency caused by direct parallel connection, so that the charge and discharge current of each cluster can be accurately controlled with an error of less than 1%. This avoids the mismatch between clusters and truly realizes independent charge and discharge management between battery clusters, eliminates the generation of circulation, and further improves the capacity and safety of the system.

(2) Distributed temperature control to extend the life of the energy storage system

Traditionele energieopslagcontainers zijn uitgerust met 1-2 gecentraliseerde airconditioners en gebruiken longitudinale luchtkanalen voor warmteafvoer. De lengte van het luchtkanaal is ongeveer 6 meter tot 12 meter. Vanwege het lange warmteafvoerkanaal kan de temperatuurconsistentie van elk accupakket en accucluster niet worden gegarandeerd.

Figuur 3 Traditionele gecentraliseerde warmtedissipatiestructuur

String-energieopslag maakt gebruik van gedistribueerde warmtedissipatie op clusterniveau, waarbij gebruik wordt gemaakt van gedistribueerde airconditioning in plaats van gecentraliseerde airconditioning. Elk batterijcluster kan de warmte onafhankelijk en gelijkmatig afvoeren, en de lengte van het luchtkanaal bedraagt ​​minder dan 1 meter, wat de efficiëntie van de warmteafvoer aanzienlijk verbetert en het temperatuurverschil veroorzaakt door de fysieke locatie vermijdt. Tegelijkertijd maakt het batterijpakket op slimme wijze gebruik van het boomvormige, bionische, gepatenteerde warmteafvoerkanaal om de lengte en afstand van elk batterijcelkanaal aan te passen, zodat de koelhoeveelheid die door elke batterijcel wordt doorgegeven zo consistent mogelijk is, waardoor de temperatuur wordt verlaagd. inconsistentie van elk oppervlak van elke batterijcel.

Figuur 4 Structuurdiagram van de gedistribueerde warmtedissipatie

Inconsistentie van batterijen is de hoofdoorzaak van veel problemen in de huidige energieopslagsystemen. Vanwege de chemische eigenschappen van batterijen en de invloed van de toepassingsomgeving is batterij-inconsistentie echter moeilijk uit te roeien. Het string-energieopslagsysteem verzwakt de vereisten van het systeem voor batterijconsistentie aanzienlijk door de bestuurbaarheid van vermogenselektronica en digitale technologie, waardoor de beschikbare capaciteit van het energieopslagsysteem aanzienlijk kan worden vergroot en de systeemveiligheid kan worden verbeterd.