Kepentingan Konsisten Bateri

Ketidakkonsistenan bateri simpanan tenaga terutamanya merujuk kepada ketidakkonsistenan parameter seperti kapasiti bateri, rintangan dalaman dan suhu. Pengalaman harian kami ialah apabila dua bateri kering disambungkan ke arah positif dan negatif, lampu suluh akan menyala dan kami tidak menganggap konsistensi. Walau bagaimanapun, sebaik sahaja bateri digunakan secara besar-besaran dalam sistem penyimpanan tenaga, keadaannya tidak begitu mudah. Apabila bateri yang tidak konsisten digunakan secara bersiri dan selari, masalah berikut akan berlaku:

1. Kehilangan kapasiti yang ada

Dalam sistem storan tenaga, sel bateri (iaitu sel bateri) disambung secara bersiri untuk membentuk pek bateri, dan pek bateri disambung secara bersiri untuk membentuk gugusan bateri. Berbilang kelompok bateri disambungkan secara terus selari dengan bas DC yang sama. Sebab-sebab kehilangan kapasiti yang ada disebabkan oleh ketidakkonsistenan sel termasuk ketidakkonsistenan siri dan ketidakkonsistenan selari.

(1) Kehilangan siri pek bateri tidak konsisten:

Disebabkan oleh ketidakkonsistenan seperti perbezaan dalam sel bateri itu sendiri dan perbezaan suhu antara pek bateri, SOC (baki kuasa) bagi setiap pek bateri akan berbeza. Selagi satu pek bateri penuh/kosong, semua pek bateri dalam kelompok akan berhenti mengecas dan menyahcas.

Rajah 1. Ketakkonsistenan bateri menyebabkan ketidakpadanan kapasiti siri

(2) Kehilangan ketidakkonsistenan sambungan selari gugusan bateri:

Selepas pek bateri disambungkan secara terus selari untuk membentuk kelompok bateri, voltan setiap kelompok bateri terpaksa diseimbangkan. Apabila kluster bateri dengan rintangan dalaman yang lebih kecil dicas atau dinyahcas sepenuhnya, kluster bateri yang lain mesti berhenti mengecas dan menyahcas, menyebabkan kluster bateri tidak dicas sepenuhnya atau dinyahcas sepenuhnya.

Rajah 2 Perbezaan semasa semasa nyahcas berbilang kelompok bateri secara selari

Di samping itu, disebabkan oleh rintangan dalaman kecil bateri, walaupun perbezaan voltan antara setiap kelompok yang disebabkan oleh ketidakkonsistenan hanya beberapa volt, arus tidak sekata antara kelompok akan menjadi sangat besar. Seperti yang ditunjukkan dalam data terukur stesen janakuasa dalam jadual di bawah, perbezaan arus pengecasan mencapai 75A (sisihan ialah 42% berbanding dengan nilai purata teori). Arus sisihan akan menyebabkan lebihan cas dan lebihan nyahcas dalam beberapa kelompok bateri. Ia sangat menjejaskan kecekapan pengecasan dan nyahcas, hayat bateri, malah menyebabkan kemalangan keselamatan yang serius.

Jadual 1 Data terukur stesen janakuasa

2. Memendekkan hayat sistem penyimpanan tenaga

Suhu adalah faktor paling kritikal yang mempengaruhi hayat simpanan tenaga. Apabila suhu dalaman sistem penyimpanan tenaga meningkat sebanyak 15 darjah, hayat simpanan tenaga akan dipendekkan lebih daripada separuh. Bateri litium-ion menjana banyak haba semasa proses pengecasan dan nyahcas. Oleh kerana rintangan dalaman sel tunggal yang tidak konsisten, pengagihan suhu di dalam sistem penyimpanan tenaga akan menjadi tidak sekata, penuaan bateri dan kadar pengecilan akan meningkat, dan akhirnya hayat sistem penyimpanan tenaga akan dipendekkan.

Dapat dilihat bahawa ketidakkonsistenan suhu bateri dalam sistem penyimpanan tenaga adalah faktor penting yang mempengaruhi prestasi sistem penyimpanan tenaga. Ia akan mengurangkan kapasiti tersedia sistem storan tenaga, memendekkan hayat kitaran sistem storan tenaga, dan juga menyebabkan bahaya keselamatan.

Bagaimana untuk menangani ketidakkonsistenan bateri simpanan tenaga?

Ketidakkonsistenan sel bateri terbentuk semasa proses pengeluaran dan semakin mendalam semasa digunakan. Semakin lemah sel bateri dalam pek bateri yang sama, semakin lemah ia dan semakin lemah ia. Walau bagaimanapun, walaupun tiada sel bateri yang konsisten sepenuhnya, adalah mungkin untuk menyepadukan teknologi digital, teknologi elektronik kuasa dan teknologi storan tenaga, dan menggunakan kebolehkawalan teknologi elektronik kuasa untuk meminimumkan kesan ketidakkonsistenan bateri litium. Sebagai tindak balas kepada masalah yang disebabkan oleh ketidakkonsistenan yang dianalisis dalam artikel sebelumnya, beberapa pengeluar di pasaran telah melancarkan sistem penyimpanan tenaga rentetan, yang mempunyai ciri-ciri pengurusan tenaga halus dan kawalan suhu teragih, dan boleh digunakan untuk merawat gejala:

(1) Pengurusan yang diperhalusi untuk meningkatkan kapasiti yang ada

Berbanding dengan PCS tradisional yang mengurus lebih daripada 1,000 hingga 2,000 sel, sistem storan tenaga rentetan meningkatkan ketepatan pengurusan sel kepada lebih daripada sedozen, iaitu kira-kira 100 kali lebih tinggi. Memandangkan siri ketidakpadanan antara pek bateri, pengoptimum direka untuk mencapai pengurusan pengecasan dan nyahcas yang berasingan bagi setiap pek bateri. Apabila pek bateri mencapai ambang yang ditetapkan, pek bateri dipintas, dan pek bateri lain boleh terus mengecas dan menyahcas tanpa menjejaskan satu sama lain, memaksimumkan penggunaan kapasiti bateri.

Pada masa yang sama, setiap kluster bateri dilengkapi dengan pengawal kluster pintar untuk mengelakkan kesan ketidakkonsistenan bateri yang disebabkan oleh sambungan selari langsung, supaya cas dan arus nyahcas setiap kluster dapat dikawal dengan tepat dengan ralat kurang daripada 1% . Ini mengelakkan ketidakpadanan antara kluster dan benar-benar merealisasikan pengurusan cas dan nyahcas bebas antara kluster bateri, menghapuskan penjanaan peredaran dan seterusnya meningkatkan kapasiti dan keselamatan sistem.

(2) Kawalan suhu teragih untuk memanjangkan hayat sistem penyimpanan tenaga

Bekas simpanan tenaga tradisional dilengkapi dengan 1-2 penghawa dingin berpusat dan menggunakan saluran udara membujur untuk pelesapan haba. Panjang saluran udara adalah kira-kira 6 meter hingga 12 meter. Disebabkan saluran pelesapan haba yang panjang, ketekalan suhu setiap pek bateri dan kelompok bateri tidak dapat dijamin.

Rajah 3 Struktur pelesapan haba berpusat tradisional

Penyimpanan tenaga rentetan menggunakan pelesapan haba teragih peringkat kelompok, menggunakan penghawa dingin teragih dan bukannya penghawa dingin berpusat. Setiap kelompok bateri boleh menghilangkan haba secara bebas dan sekata, dan panjang saluran udara adalah kurang daripada 1 meter, yang sangat meningkatkan kecekapan pelesapan haba dan mengelakkan perbezaan suhu yang disebabkan oleh lokasi fizikal. Pada masa yang sama, pek bateri dengan bijak menggunakan saluran pelesapan haba berpaten bionik berbentuk pokok untuk melaraskan panjang dan jarak setiap saluran sel bateri, supaya jumlah penyejukan yang dilalui oleh setiap sel bateri adalah konsisten yang mungkin, mengurangkan suhu. ketidakkonsistenan setiap permukaan setiap sel bateri.

Rajah 4 Gambar rajah struktur pelesapan haba teragih

Ketidakkonsistenan bateri adalah punca kepada banyak masalah dalam sistem penyimpanan tenaga semasa. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh ciri-ciri kimia bateri dan pengaruh persekitaran aplikasi, ketidakkonsistenan bateri adalah sukar untuk dihapuskan. Sistem storan tenaga rentetan sangat melemahkan keperluan sistem untuk ketekalan bateri melalui kebolehkawalan elektronik kuasa dan teknologi digital, yang boleh meningkatkan kapasiti tersedia sistem storan tenaga dan meningkatkan keselamatan sistem.