Bedeutung der Batteriekonsistenz

Die Inkonsistenz von Energiespeicherbatterien bezieht sich hauptsächlich auf die Inkonsistenz von Parametern wie Batteriekapazität, Innenwiderstand und Temperatur. Unsere tägliche Erfahrung ist, dass die Taschenlampe aufleuchtet, wenn zwei Trockenbatterien in positiver und negativer Richtung angeschlossen werden, und wir berücksichtigen nicht die Konsistenz. Sobald Batterien jedoch in großem Umfang in Energiespeichern eingesetzt werden, ist die Situation nicht mehr so ​​einfach. Wenn inkonsistente Batterien in Reihe und parallel verwendet werden, treten folgende Probleme auf:

1. Verlust der verfügbaren Kapazität

Im Energiespeichersystem werden Batteriezellen (d. h. Batteriezellen) in Reihe geschaltet, um ein Batteriepaket zu bilden, und Batteriepakete werden in Reihe geschaltet, um einen Batteriecluster zu bilden. Mehrere Batteriecluster sind direkt parallel an denselben DC-Bus angeschlossen. Zu den Gründen für den Verlust verfügbarer Kapazität aufgrund von Zellinkonsistenzen zählen Serieninkonsistenz und Parallelinkonsistenz.

(1) Verlust der Akku-Serieninkonsistenz:

Aufgrund von Inkonsistenzen wie Unterschieden in den Batteriezellen selbst und Temperaturunterschieden zwischen Batteriepaketen ist der SOC (verbleibende Leistung) jedes Batteriepakets unterschiedlich. Solange ein Akkupack voll/leer ist, unterbrechen alle Akkupacks im Cluster den Lade- und Entladevorgang.

Abbildung 1. Batterieinkonsistenz führt zu einer Nichtübereinstimmung der Serienkapazität

(2) Inkonsistenzverlust der Parallelschaltung des Batterieclusters:

Nachdem die Batteriepakete direkt parallel geschaltet wurden, um Batteriecluster zu bilden, müssen die Spannungen jedes Batterieclusters ausgeglichen werden. Wenn die Batteriegruppe mit dem kleineren Innenwiderstand vollständig geladen oder entladen wird, müssen die anderen Batteriegruppen mit dem Laden und Entladen aufhören, was dazu führt, dass die Batteriegruppen nicht vollständig geladen oder entladen werden.

Abbildung 2 Stromunterschied beim Entladen mehrerer Batteriecluster parallel

Aufgrund des geringen Innenwiderstands der Batterie ist außerdem der ungleichmäßige Strom zwischen den Clustern sehr groß, selbst wenn der durch Inkonsistenz verursachte Spannungsunterschied zwischen den einzelnen Clustern nur wenige Volt beträgt. Wie aus den Messdaten eines Kraftwerks in der folgenden Tabelle hervorgeht, beträgt die Ladestromdifferenz 75 A (die Abweichung beträgt 42 % gegenüber dem theoretischen Durchschnittswert). Der Abweichungsstrom führt bei einigen Batteriegruppen zu Überladung und Tiefentladung. Dies wirkt sich stark auf die Lade- und Entladeeffizienz sowie die Batterielebensdauer aus und führt sogar zu schweren Sicherheitsunfällen.

Tabelle 1 Messdaten eines Kraftwerks

2. Verkürzte Lebensdauer des Energiespeichersystems

Die Temperatur ist der kritischste Faktor, der die Lebensdauer von Energiespeichern beeinflusst. Wenn die Innentemperatur des Energiespeichersystems um 15 Grad ansteigt, verkürzt sich die Lebensdauer des Energiespeichers um mehr als die Hälfte. Lithium-Ionen-Akkus erzeugen beim Lade- und Entladevorgang viel Wärme. Aufgrund des inkonsistenten Innenwiderstands der einzelnen Zellen wird die Temperaturverteilung innerhalb des Energiespeichersystems ungleichmäßig sein, die Alterungs- und Schwächungsrate der Batterie wird zunehmen und letztendlich wird die Lebensdauer des Energiespeichersystems verkürzt.

Es ist ersichtlich, dass die Temperaturinkonsistenz der Batterie im Energiespeichersystem ein wichtiger Faktor ist, der die Leistung des Energiespeichersystems beeinflusst. Dies verringert die verfügbare Kapazität des Energiespeichersystems, verkürzt die Lebensdauer des Energiespeichersystems und verursacht sogar Sicherheitsrisiken.

Wie geht man mit der Inkonsistenz von Energiespeicherbatterien um?

Die Inkonsistenz von Batteriezellen entsteht während des Produktionsprozesses und vertieft sich während des Gebrauchs. Je schwächer die Batteriezellen im selben Batteriepaket sind, desto schwächer sind sie und desto schwächer sind sie. Obwohl es keine vollständig konsistenten Batteriezellen gibt, ist es möglich, digitale Technologie, Leistungselektroniktechnologie und Energiespeichertechnologie zu integrieren und die Steuerbarkeit der Leistungselektroniktechnologie zu nutzen, um die Auswirkungen der Inkonsistenz von Lithiumbatterien zu minimieren. Als Reaktion auf die Probleme, die durch die im vorherigen Artikel analysierte Inkonsistenz verursacht wurden, haben einige Hersteller String-Energiespeichersysteme auf den Markt gebracht, die über die Eigenschaften eines verfeinerten Energiemanagements und einer verteilten Temperaturregelung verfügen und zur Behandlung der Symptome eingesetzt werden können:

(1) Verfeinertes Management zur Erhöhung der verfügbaren Kapazität

Im Vergleich zum herkömmlichen PCS, das mehr als 1,000 bis 2,000 Zellen verwaltet, verbessert das String-Energiespeichersystem die Zellenverwaltungsgenauigkeit auf mehr als ein Dutzend, was etwa 100-mal höher ist. Angesichts der Serieninkongruenz zwischen Akkupacks ist der Optimierer so konzipiert, dass für jeden Akkupack ein separates Lade- und Entlademanagement erreicht wird. Wenn ein Akku den eingestellten Schwellenwert erreicht, wird der Akku umgangen und andere Akkus können ohne gegenseitige Beeinflussung weiter geladen und entladen werden, wodurch die Nutzung der Akkukapazität maximiert wird.

Gleichzeitig ist jedes Batterie-Cluster mit einem intelligenten Cluster-Controller ausgestattet, um die Auswirkungen von Batterieinkonsistenzen durch direkte Parallelschaltung zu vermeiden, sodass der Lade- und Entladestrom jedes Clusters mit einem Fehler von weniger als 1 % genau gesteuert werden kann. . Dies vermeidet die Diskrepanz zwischen den Clustern und realisiert tatsächlich ein unabhängiges Lade- und Entlademanagement zwischen den Batterieclustern, eliminiert die Entstehung von Zirkulation und verbessert die Kapazität und Sicherheit des Systems weiter.

(2) Verteilte Temperaturregelung zur Verlängerung der Lebensdauer des Energiespeichersystems

Herkömmliche Energiespeichercontainer sind mit 1-2 zentralen Klimaanlagen ausgestattet und nutzen Längsluftkanäle zur Wärmeableitung. Die Länge des Luftkanals beträgt etwa 6 Meter bis 12 Meter. Aufgrund des langen Wärmeableitungskanals kann die Temperaturkonstanz jedes Batteriepacks und Batterieclusters nicht garantiert werden.

Abbildung 3 Traditionelle zentralisierte Wärmeableitungsstruktur

String-Energiespeicher nutzen die verteilte Wärmeableitung auf Cluster-Ebene und nutzen dabei eine verteilte Klimatisierung anstelle einer zentralen Klimatisierung. Jeder Batteriecluster kann die Wärme unabhängig und gleichmäßig ableiten, und die Luftkanallänge beträgt weniger als 1 Meter, was die Wärmeableitungseffizienz erheblich verbessert und den durch den physischen Standort verursachten Temperaturunterschied vermeidet. Gleichzeitig nutzt das Batteriepaket geschickt den baumförmigen, bionischen, patentierten Wärmeableitungskanal, um die Länge und den Abstand jedes Batteriezellenkanals so anzupassen, dass die durch jede Batteriezelle geleitete Kühlmenge so gleichmäßig wie möglich ist und die Temperatur sinkt Inkonsistenz jeder Oberfläche jeder Batteriezelle.

Abbildung 4 Strukturdiagramm der verteilten Wärmeableitung

Die Inkonsistenz der Batterie ist die Hauptursache für viele Probleme in aktuellen Energiespeichersystemen. Aufgrund der chemischen Eigenschaften von Batterien und des Einflusses der Anwendungsumgebung ist es jedoch schwierig, Batterieinkonsistenzen zu beseitigen. Das String-Energiespeichersystem schwächt die Anforderungen des Systems an die Batteriekonsistenz durch die Steuerbarkeit der Leistungselektronik und der digitalen Technologie erheblich, wodurch die verfügbare Kapazität des Energiespeichersystems erheblich erhöht und die Systemsicherheit verbessert werden kann.