エネルギー貯蔵バッテリーの不整合問題と解決策

2024-07-10

バッテリーシステムは、直列および並列に接続された数百または数千の単一セルで構成されるエネルギー貯蔵システム全体の中核です。バッテリーの不整合とは、主にバッテリー容量、内部抵抗、温度などのパラメーターの不整合を指します。一貫性のないバッテリーを直列および並列で使用すると、次の問題が発生します。

1) 使用可能な容量の損失

エネルギー貯蔵システムでは、単一セルが直列および並列に接続されてバッテリーボックスを形成し、バッテリーボックスが直列および並列に接続されてバッテリークラスターを形成します。複数のバッテリークラスターは、同じDCバスバーに並列に直接接続されています。バッテリの不整合により使用可能な容量が失われる理由には、直列接続の不整合や並列接続の不整合などがあります。

·バッテリシリーズの不整合損失

バレルの原理によれば、バッテリーシステムの直列容量は、最小容量のシングルセルに依存します。個々のセル自体の違いや温度差などの不整合により、個々のセルの利用可能な容量は異なります。容量の小さいセルは、充電時に最初に充填され、放電時に最初に空になるため、バッテリーシステム内の他の個々のセルの充電容量が制限されます。放電容量により、バッテリーシステムの使用可能な容量が減少します。効果的なバランス管理を行わないと、動作時間が長くなると、シングルセル容量の減衰と分化が進み、バッテリーシステムの利用可能な容量の減少がさらに加速します。

·バッテリークラスター並列接続の不整合損失

バッテリークラスターを並列に直接接続すると、充放電後に循環現象が発生します。各バッテリークラスターの電圧はバランスをとることを余儀なくされます。内部抵抗が小さいバッテリークラスターが完全に充電または放電されると、他のバッテリークラスターは充電と放電を停止する必要があり、バッテリークラスター間の充電が発生します。不満やバッテリーの放電ができないと、バッテリー容量の損失や温度上昇を引き起こし、バッテリーの劣化が加速し、バッテリーシステムの利用可能な容量が減少します。また、バッテリーの内部抵抗が小さいため、不整合によるクラスター間の電圧差がわずか数ボルトであっても、クラスター間の電流の流れムラは非常に大きくなります。下表の発電所の測定データに示されているように、充電電流の差は75Aに達し(偏差は理論上の平均値と比較して42%に達します)、偏差電流は一部のバッテリークラスターで過充電と過放電を引き起こします。充電と放電の効率、バッテリーの寿命に大きく影響し、さらには重大な安全事故につながります。

2)温度の不一致により、単一細胞の分化が加速し、寿命が短くなります

温度は、エネルギー貯蔵の寿命に影響を与える最も重要な要素です。蓄電システムの内部温度が15°C上昇すると、システムの寿命は半分以下に短くなります。リチウム電池は、充電および放電プロセス中に大量の熱を発生します。単一セルの過度の温度差は、内部抵抗、容量などがさらに増加し、単一セルの分化が加速し、バッテリーシステムのサイクル寿命が短縮され、さらには安全上の問題を引き起こします。

エネルギー貯蔵バッテリーの不整合にどのように対処しますか?

バッテリーの不整合は、現在のエネルギー貯蔵システムにおける多くの問題の根本原因です。バッテリーの化学的特性やアプリケーション環境の影響により、バッテリーの不整合を根絶することは困難ですが、デジタル技術、パワーエレクトロニクス技術、エネルギー貯蔵技術を統合し、パワーエレクトロニクス技術の制御性を利用してリチウムバッテリーの不整合の影響を最小限に抑え、エネルギー貯蔵システムの利用可能な容量を大幅に増加させ、システムの安全性を向上させることができます。

1) Eitaiのアクティブイコライゼーション技術は、各単一セルの電圧と温度をリアルタイムで監視し、バッテリー直列接続の不整合問題を解消し、エネルギー貯蔵システムのライフサイクル全体で利用可能な容量を20%以上増加させます。