Importância da consistência da bateria

A inconsistência das baterias de armazenamento de energia refere-se principalmente à inconsistência de parâmetros como capacidade da bateria, resistência interna e temperatura. Nossa experiência diária é que quando duas pilhas secas são conectadas nas direções positiva e negativa, a lanterna acende e não consideramos a consistência. Porém, uma vez que as baterias são utilizadas em larga escala em sistemas de armazenamento de energia, a situação não é tão simples. Quando baterias inconsistentes são usadas em série e paralelo, ocorrerão os seguintes problemas:

1. Perda de capacidade disponível

No sistema de armazenamento de energia, as células de bateria (ou seja, células de bateria) são conectadas em série para formar um conjunto de baterias, e os conjuntos de baterias são conectados em série para formar um conjunto de baterias. Vários clusters de baterias são conectados diretamente em paralelo ao mesmo barramento CC. As razões para a perda de capacidade disponível devido à inconsistência celular incluem inconsistência em série e inconsistência paralela.

(1) Perda de inconsistência da série da bateria:

Devido a inconsistências, como diferenças nas próprias células da bateria e diferenças de temperatura entre as baterias, o SOC (energia restante) de cada bateria será diferente. Enquanto uma bateria estiver cheia/vazia, todas as baterias no cluster irão parar de carregar e descarregar.

Figura 1. Inconsistência da bateria causa incompatibilidade de capacidade em série

(2) Perda de inconsistência da conexão paralela do conjunto de baterias:

Depois que as baterias são conectadas diretamente em paralelo para formar conjuntos de baterias, as tensões de cada conjunto de baterias são forçadas a serem equilibradas. Quando o conjunto de baterias com resistência interna menor está totalmente carregado ou descarregado, os outros conjuntos de baterias devem parar de carregar e descarregar, fazendo com que os conjuntos de baterias não sejam totalmente carregados ou totalmente descarregados.

Figura 2 Diferença de corrente durante a descarga de vários conjuntos de baterias em paralelo

Além disso, devido à pequena resistência interna da bateria, mesmo que a diferença de tensão entre cada cluster causada pela inconsistência seja de apenas alguns volts, a corrente desigual entre os clusters será muito grande. Conforme mostrado nos dados medidos de uma central elétrica na tabela abaixo, a diferença de corrente de carga chega a 75A (o desvio é de 42% em comparação com o valor médio teórico). A corrente de desvio causará sobrecarga e descarga excessiva em alguns conjuntos de baterias. Afeta muito a eficiência de carga e descarga, a vida útil da bateria e até causa graves acidentes de segurança.

Tabela 1 Dados medidos de uma central elétrica

2. Vida útil reduzida do sistema de armazenamento de energia

A temperatura é o fator mais crítico que afeta a vida útil do armazenamento de energia. Quando a temperatura interna do sistema de armazenamento de energia aumenta 15 graus, a vida útil do armazenamento de energia será reduzida em mais da metade. As baterias de íon de lítio geram muito calor durante o processo de carga e descarga. Devido à resistência interna inconsistente das células individuais, a distribuição da temperatura dentro do sistema de armazenamento de energia será desigual, o envelhecimento da bateria e a taxa de atenuação aumentarão e, em última análise, a vida útil do sistema de armazenamento de energia será reduzida.

Pode-se observar que a inconsistência de temperatura da bateria no sistema de armazenamento de energia é um fator importante que afeta o desempenho do sistema de armazenamento de energia. Reduzirá a capacidade disponível do sistema de armazenamento de energia, encurtará o ciclo de vida do sistema de armazenamento de energia e até causará riscos à segurança.

Como lidar com a inconsistência das baterias de armazenamento de energia?

A inconsistência das células da bateria é formada durante o processo de produção e aprofundada durante o uso. Quanto mais fracas as células da bateria na mesma bateria, mais fracas elas são e mais fracas elas são. No entanto, embora não existam células de bateria completamente consistentes, é possível integrar tecnologia digital, tecnologia de eletrônica de potência e tecnologia de armazenamento de energia e usar a controlabilidade da tecnologia de eletrônica de potência para minimizar o impacto da inconsistência da bateria de lítio. Em resposta aos problemas causados ​​pela inconsistência analisada no artigo anterior, alguns fabricantes do mercado lançaram sistemas de armazenamento de energia em string, que possuem as características de gerenciamento refinado de energia e controle distribuído de temperatura, podendo ser utilizados no tratamento dos sintomas:

(1) Gestão refinada para aumentar a capacidade disponível

Comparado ao PCS tradicional que gerencia mais de 1,000 a 2,000 células, o sistema de armazenamento de energia em string melhora a precisão do gerenciamento de células para mais de uma dúzia, o que é cerca de 100 vezes maior. Tendo em vista a incompatibilidade de série entre as baterias, o otimizador é projetado para obter um gerenciamento separado de carga e descarga para cada bateria. Quando uma bateria atinge o limite definido, a bateria é ignorada e outras baterias podem continuar a carregar e descarregar sem afetar umas às outras, maximizando o uso da capacidade da bateria.

Ao mesmo tempo, cada cluster de bateria é equipado com um controlador de cluster inteligente para evitar o impacto da inconsistência da bateria causada pela conexão paralela direta, de modo que a corrente de carga e descarga de cada cluster possa ser controlada com precisão com um erro inferior a 1% . Isso evita a incompatibilidade entre os clusters e realiza verdadeiramente o gerenciamento independente de carga e descarga entre os clusters de baterias, elimina a geração de circulação e melhora ainda mais a capacidade e a segurança do sistema.

(2) Controle distribuído de temperatura para prolongar a vida útil do sistema de armazenamento de energia

Os contêineres tradicionais de armazenamento de energia são equipados com 1-2 condicionadores de ar centralizados e utilizam dutos de ar longitudinais para dissipação de calor. O comprimento do duto de ar é de cerca de 6 a 12 metros. Devido ao longo canal de dissipação de calor, a consistência da temperatura de cada bateria e conjunto de baterias não pode ser garantida.

Figura 3 Estrutura tradicional de dissipação de calor centralizada

O armazenamento de energia em string usa dissipação de calor distribuída em nível de cluster, usando ar condicionado distribuído em vez de ar condicionado centralizado. Cada conjunto de baterias pode dissipar o calor de forma independente e uniforme, e o comprimento do duto de ar é inferior a 1 metro, o que melhora muito a eficiência da dissipação de calor e evita a diferença de temperatura causada pela localização física. Ao mesmo tempo, a bateria usa habilmente o duto de dissipação de calor biônico patenteado em forma de árvore para ajustar o comprimento e a distância de cada duto de célula de bateria, de modo que a quantidade de resfriamento passada por cada célula de bateria seja o mais consistente possível, reduzindo a temperatura inconsistência de cada superfície de cada célula da bateria.

Figura 4 Diagrama da estrutura de dissipação de calor distribuída

A inconsistência da bateria é a causa raiz de muitos problemas nos atuais sistemas de armazenamento de energia. No entanto, devido às características químicas das baterias e à influência do ambiente de aplicação, é difícil erradicar a inconsistência da bateria. O sistema de armazenamento de energia em cadeia enfraquece enormemente os requisitos do sistema para consistência da bateria através da controlabilidade da eletrônica de potência e da tecnologia digital, o que pode aumentar significativamente a capacidade disponível do sistema de armazenamento de energia e melhorar a segurança do sistema.