Energiavarastojen epäjohdonmukaisuusongelmat ja ratkaisut

Akkujärjestelmä on koko energian varastointijärjestelmän ydin, joka koostuu sadoista tai tuhansista sarjaan ja rinnakkain kytketyistä yksittäisistä kennoista. Akun epäjohdonmukaisuus viittaa pääasiassa parametrien, kuten akun kapasiteetin, sisäisen resistanssin ja lämpötilan, epäjohdonmukaisuuteen. Kun epäjohdonmukaisia akkuja käytetään sarjassa ja rinnan, ilmenee seuraavia ongelmia:

1) Käytettävissä olevan kapasiteetin menetys

Energian varastointijärjestelmässä yksittäiset kennot on kytketty sarjaan ja rinnan akkukoteloksi ja akkukotelot sarjaan ja rinnan akkuklusterin muodostamiseksi. Useita akkuklustereita on kytketty suoraan rinnan samaan tasavirtakiskoon. Syitä käytettävissä olevan kapasiteetin menetykseen akun epäjohdonmukaisuuden vuoksi ovat epäjohdonmukainen sarjakytkentä ja epäjohdonmukainen rinnakkaiskytkentä.

· Akkusarjan epäjohdonmukaisuuden menetys

Tynnyriperiaatteen mukaan akkujärjestelmän sarjakapasiteetti riippuu yksittäisestä kennosta, jonka kapasiteetti on pienin. Epäjohdonmukaisuuksista, kuten yksittäisten kennojen eroista ja lämpötilaeroista johtuen kunkin yksittäisen kennon käytettävissä oleva kapasiteetti on erilainen. Pienen kapasiteetin kennot täytetään ensin latauksen yhteydessä ja tyhjenevät ensin purkamisen yhteydessä, mikä rajoittaa akkujärjestelmän muiden yksittäisten kennojen latauskapasiteettia. Purkauskapasiteetti aiheuttaa akkujärjestelmän käytettävissä olevan kapasiteetin pienenemisen. Ilman tehokasta tasapainotuksen hallintaa käyttöajan pidentyessä yksikennokapasiteetin vaimennus ja erottuminen lisääntyvät, mikä entisestään kiihdyttää akkujärjestelmän käytettävissä olevan kapasiteetin laskua.

· Akkuklusterin rinnakkaisliitännän epäjohdonmukaisuus

Kun akkuklusterit on kytketty suoraan rinnan, latauksen ja purkamisen jälkeen tapahtuu kiertoilmiö. Kunkin akkuklusterin jännitteet pakotetaan tasapainottamaan. Kun akkuklusteri, jonka sisäinen vastus on pienempi, on täysin latautunut tai purettu, muiden akkuklusterien on lopetettava lataaminen ja purkautuminen, mikä aiheuttaa akkuklustereiden välisen latauksen. Tyytymättömyys ja kyvyttömyys purkaa akku aiheuttaa akun kapasiteetin menetystä ja lämpötilan nousua, nopeuttaa akun rappeutumista ja vähentää akkujärjestelmän käytettävissä olevaa kapasiteettia.Lisäksi akun pienestä sisäisestä resistanssista johtuen, vaikka klusterien välinen jännite-ero epäjohdonmukaisuudesta olisi vain muutama voltti, klusterien välinen epätasainen virta on erittäin suuri. Kuten alla olevan taulukon voimalaitoksen mittaustiedoista käy ilmi, latausvirran ero saavuttaa 75A (poikkeama saavuttaa 42% verrattuna teoreettiseen keskiarvoon), ja poikkeamavirta aiheuttaa ylilatausta ja ylipurkausta joissakin akkuklustereissa; se vaikuttaa suuresti lataus- ja purkaustehokkuuteen, akun käyttöikään ja jopa johtaa vakaviin turvallisuusonnettomuuksiin.

2) Lämpötilan epäjohdonmukaisuus nopeuttaa yksittäisten solujen erilaistumista ja lyhentää elinikää

Lämpötila on kriittisin energiavaraston käyttöikään vaikuttava tekijä. Kun energian varastointijärjestelmän sisäinen lämpötila nousee 15°C, järjestelmän käyttöikä lyhenee yli puolella. Litiumakut tuottavat paljon lämpöä lataus- ja purkuprosessin aikana. Liialliset lämpötilaerot yksittäisissä kennoissa lisäävät entisestään sisäistä vastusta, kapasiteettia jne., mikä johtaa yksittäisten kennojen kiihtyneeseen erilaistumiseen, lyhentää akkujärjestelmän käyttöikää ja jopa aiheuttaa turvallisuusriskejä.

Kuinka käsitellä energiaa varastointiakkujen epäjohdonmukaisuuksia?

Akun epäjohdonmukaisuus on monien nykyisten energian varastointijärjestelmien ongelmien perimmäinen syy. Vaikka akun epäjohdonmukaisuutta on vaikea poistaa akun kemiallisten ominaisuuksien ja sovellusympäristön vaikutuksesta johtuen, on mahdollista integroida digitaalitekniikkaa, tehoelektroniikkatekniikkaa ja energian varastointitekniikkaa sekä käyttää tehoelektroniikkatekniikan ohjattavuutta litiumpariston epäjohdonmukaisuuden vaikutuksen minimoimiseksi, mikä voi merkittävästi lisätä energian varastointijärjestelmän käytettävissä olevaa kapasiteettia ja parantaa järjestelmän turvallisuutta.

1) Eitai aktiivinen taajuuskorjaustekniikka valvoo jokaisen yksittäisen kennon jännitettä ja lämpötilaa reaaliajassa poistaakseen akun sarjakytkennän epäjohdonmukaisuusongelman ja lisätäkseen energian varastointijärjestelmän käytettävissä olevaa kapasiteettia yli 20% sen elinkaaren ajan.

2) Eitai energiavarastojärjestelmän sähkösuunnittelussa kutakin akkuklusteria hallitaan erikseen lataamista ja purkamista varten, eikä akkuklustereita ole kytketty rinnan, mikä välttää DC-rinnakkaisliitännän aiheuttaman kiertohäiriön ja parantaa tehokkaasti järjestelmän käytettävissä olevaa kapasiteettia.

3) Tarkka lämpötilan säätö energian varastointijärjestelmän käyttöiän pidentämiseksi

Jokaisen yksittäisen kennon lämpötila kerätään ja sitä seurataan reaaliajassa. Kolmitasoisen CFD-lämpösimuloinnin ja suuren kokeellisen tiedon avulla akkujärjestelmän lämpösuunnittelu on optimoitu niin, että akkujärjestelmän yksittäisten kennojen maksimilämpötilaero on alle 5 °C, mikä ratkaisee epäyhtenäisen lämpötilan aiheuttaman yksittäisen kennon erilaistumisen ongelman.