Systém baterie je jádrem celého systému úložiště energie, který se skládá z stovek nebo tisíců jednotlivých buněk připojených v sérii a paralelně. Nekonzistence baterie hlavně odkazuje na rozdíly v parametrech jako je kapacita baterie, vnitřní odpor a teplota. Při použití nekonzistentních baterií v sériovém a paralelním spojení dojde k následujícím problémům:
1) Ztráta dostupné kapacity
V systému úložiště energie jsou jednotlivé buňky spojeny v sérii a paralelně, aby vytvořily baterickou skříňku, a baterické skříně jsou spojeny v sérii a paralelně, aby vytvořily baterický cluster. Několik baterických clusterů je přímo připojeno paralelně ke stejné DC tyči. Důvody ztráty dostupné kapacity kvůli nekonzistenci baterií zahrnují nekonzistenci sériového spojení a nekonzistenci paralelního spojení.
· Ztráta nekonzistence baterií v sérii
Podle principu bedny závisí sériová kapacita bateriového systému na jednotce s nejmenší kapacitou. Kvůli nekonzistencím, jako jsou rozdíly mezi jednotlivými buňkami a teplotní rozdíly, je dostupná kapacita každé jednotlivé buňky odlišná. Buňky s menší kapacitou se při nabíjení naplní jako první a při vypouštění vyprázdní jako první, což omezuje nabíjecí kapacitu ostatních jednotlivých buněk v bateriovém systému. Kapacita vypouštění snižuje dostupnou kapacitu bateriového systému. Bez efektivního vyrovnávacího manažerství se s navýšením doby provozu bude úbytek a diferenciace kapacity jednotlivých buněk zvyšovat, dále urychluje to pokles dostupné kapacity bateriového systému.
· Ztráta nekonzistence paralelního připojení baterií
Při přímém paralelním připojení bateriových bloků dojde po náboji a výboji k vzniku cyklu oběhu. Napětí jednotlivých bateriových bloků je nuceno dosáhnout rovnováhy. Když je bateriový blok s menším vnitřním odporem úplně nabité nebo vybité, ostatní bateriové bloky musí přestat nabíjet a vybíjet, což způsobuje mezi-bateriové nabíjení. Nespočtenost a nemožnost vybití baterie mohou vést ke ztrátě kapacity baterie, stoupání teploty, urychlení bateriového rozkladu a snížení dostupné kapacity bateriového systému. Navíc, kvůli malému vnitřnímu odporu baterie, i když je rozdíl napětí mezi bloky kvůli nekonzistenci pouze několik voltů, proudový tok mezi bloky bude velmi nerovnoměrný. Jak ukazují měřená data z elektrárny v tabulce níže, rozdíl v nábojovém proudu dosahuje 75 A (odchylka činí 42 % ve srovnání s teoretickou průměrnou hodnotou), a tento odchylkový proud může způsobit přepojení a přepropuštění v některých bateriových blocích; to silně ovlivní efektivitu nabíjení a vybíjení, životnost baterie a dokonce může vést k vážným bezpečnostním incidentům.
2) Neustálost teploty způsobuje urychlené rozlišování jednotlivých buněk a zkrácenou životnost
Teplota je nejdůležitějším faktorem ovlivňujícím životnost úložiště energie. Když se vnitřní teplota systému úložiště energie zvýší o 15°C, životnost systému se zkrátí více než o polovinu. Lithiumové baterie vyvíjejí při nabíjení a vypouštění velké množství tepla. Příliš velké teplotní rozdíly v jednotlivých buňkách způsobí další nárůst vnitřního odporu, kapacity atd., což vedou k urychlenému rozlišování jednotlivých buněk, zkrácení cyklické životnosti bateriového systému a dokonce i k vzniku bezpečnostních rizik.
Jak řešit nekonzistence baterií pro úložiště energie?
Nekonzistence baterie je hlavní příčinou mnoha problémů v současných systémech úložišť energie. I když je těžké odstranit nekonzistenci baterií kvůli chemickým vlastnostem baterií a vlivu aplikace prostředí, je možné integrovat digitální technologii, elektroniku moci a technologii úložiště energie a využít řiditelnost technologie elektroniky moci k minimalizaci dopadu nekonzistence litiových baterií, což může významně zvýšit použitelnou kapacitu systému úložiště energie a zlepšit bezpečnost systému.
1) Technologie Eitai aktivního vyrovnávání sleduje napětí a teplotu každé jednotlivé buňky v reálném čase, aby eliminovala problém nekonzistence sériového spojení baterií a zvýšila použitelnou kapacitu systému úložiště energie o více než 20 % po celém životním cyklu.
2) V elektrotechnickém návrhu systému úložiště energie Eitai je každý skupinový akumulátor spravován individuálně pro nabíjení a vypouštění, a skupiny akumulátorů nejsou připojeny paralelně, což eliminuje problém oběhu způsobeným DC paralelním připojením a efektivně zvyšuje dostupnou kapacitu systému.
3) Přesná kontrola teploty pro prodloužení životnosti systému úložiště energie
Teplota každé jednotlivé buňky je sbírána a monitorována v reálném čase. Pomocí tříúrovňové CFD termální simulace a velkého množství experimentálních dat je optimalizováno tepelné navrhování bateriového systému tak, aby maximální teplotní rozdíl jednotlivých buněk v bateriovém systému byl méně než 5°C, řešíc tak problém diferenciace jednotlivých buněk způsobený nekonzistentní teplotou.
EN
