Проблеми несумісності та розв'язки для аккумуляторних батареї енергозберігання

Система батареї є ядром всього системного накопичення енергії, яка складається з сотень або тисяч окремих комірок, підключених послідовно і паралельно. Невідповідність батарей головним чином стосується невідповідності параметрів, таких як ємність батареї, внутрішній опір і температура. При використанні невідповідних батарей у послідовному і паралельному з'єднанні виникають наступні проблеми:

1) Втрата доступної ємності

У системі накопичення енергії окремі комірки підключаються послідовно і паралельно для формування блоку батареї, а блоки батарей підключаються послідовно і паралельно для формування групи батарей. Кілька груп батарей безпосередньо підключаються паралельно до однієї шини постійного струму. Причинами втрати доступної ємності через невідповідність батарей є невідповідність послідовного і паралельного з'єднання.

· Втрата через невідповідність послідовного з'єднання батарей

За принципом бочків, серійна ємність системи аккумулятора залежить від одиночної цілки з найменшою ємністю. Завдяки несумісностям, таким як різниці в саміх окремих цілках та температурних розбіжностях, доступна ємність кожної окремої цілки відрізняється. Цілки з малою ємністю спочатку наповнюються при зарядці і порожніють першими під час розряду, що обмежує можливість зарядки інших окремих цілок у системі аккумулятора. Розряд зменшує доступну ємність системи аккумулятора. Без ефективного балансування управління, з збільшенням часу експлуатації, зниження та диференціація ємністі одиночних цілок зростатиме, ще більше прискорюючи зменшення доступної ємністі системи аккумулятора.

· Втрати через несумісність паралельного підключення батареї

При безпосередньому паралельному підключенні батарейних блоків виникає феномен циркуляції після зарядки та розрядки. Напруги кожного батарейного блоку принудно збалансовуються. Коли батарейний блок з меншим внутрішнім опором повністю заряджений або розряджений, інші батарейні блоки мають припинити зарядку та розрядку, що призводить до незадоволеності між батареями та неможливості розрядки батареї. Це спричинить втрату ємності батареї, підвищення температури, прискорення зносу батареї та зменшення доступної ємності батарейної системи. Крім того, через невеликий внутрішній опір батареї, навіть якщо різниця напруг між групами через несумісність становить лише кілька вольт, нерівномірний потік струму між групами буде дуже великим. Як показують вимірювані дані електростанції у таблиці нижче, різниця в струмі зарядки досягає 75 А (хибка на 42% порівняно з теоретичним середнім значенням), а хибний струм може призвести до перезарядки та перерозрядки деяких батарейних блоків; це суттєво знижуватиме ефективність зарядки та розрядки, тривалість життя батареї, а також може призвести до серйозних аварійних ситуацій.

2) Неспівмірність температури призводить до прискореної диференціації одиночних клітин та скорочення терміну їхньої служби

Температура є найбільш критичним фактором, що впливає на тривалість життя енергозберігання. Коли внутрішня температура системи енергозберігання підвищується на 15°C, тривалість життя системи скоротиться більше навпіл. Літійські батареї викидають багато тепла під час зарядки і розрядки. Занадто великі температурні розбіжності у одиночних клітинах призведуть до подальшого зростання внутрішнього опору, ємності тощо, що призводить до прискореної диференціації одиночних клітин, скорочення циклу життя батарейної системи, а також можуть створювати загрози безпеці.

Як боротися з несумісностями енергозберігаючих батарей?

Неузгодженість батарей є основною причиною багатьох проблем у сучасних системах накопичення енергії. Хоча неузгодженість батарей важко вилучити через хімічні характеристики батареї та вплив середовища застосування, можливо інтегрувати цифрову технологію, технологію силової електроніки та технологію накопичення енергії, а також використовувати керованість технології силової електроніки для мінімізації впливу неузгодженості літієвих батарей, що значно збільшує корисну ємність системи накопичення енергії та покращує безпеку системи.

1) Технологія активного вирівнювання Eitai в режимі реального часу стежить за напругою та температурою кожного окремого елемента, щоб вилучити проблему неузгодженості при послідовному підключенні батарей і збільшити корисну ємність системи накопичення енергії більше ніж на 20% протягом всього терміну її служби.

2) У електричному проектуванні системи накопичення енергії Eitai кожна батарейна група керується окремо під час зарядки та розрядки, і батарейні групи не під'єднуються паралельно, що уникнуто проблеми циркуляції, спричиненої паралельним під'єднанням прямого струму, і ефективно покращує доступний обсяг системи.

3) Точний контроль температури для продовження терміну служби системи накопичення енергії

Температура кожного окремого елемента збирається та моніториться в режимі реального часу. За допомогою трьохрівневої CFD термічної симуляції та великої кількості експериментальних даних оптимізовується термічний дизайн батарейної системи, щоб зробити максимальну температурну різницю окремих елементів у батарейній системі меншою за 5°C, вирішуючи проблему диференціації окремих елементів, спричиненої несумісною температурою.