Importanza della consistenza della batteria

L'incoerenza delle batterie di accumulo dell'energia si riferisce principalmente all'incoerenza di parametri quali capacità della batteria, resistenza interna e temperatura. La nostra esperienza quotidiana è che quando due batterie a secco sono collegate in direzione positiva e negativa, la torcia si accende e non consideriamo la coerenza. Tuttavia, una volta che le batterie vengono utilizzate su larga scala nei sistemi di accumulo dell’energia, la situazione non è così semplice. Quando si utilizzano batterie incompatibili in serie e in parallelo, si verificheranno i seguenti problemi:

1. Perdita di capacità disponibile

Nel sistema di accumulo dell'energia, le celle della batteria (cioè le celle della batteria) sono collegate in serie per formare un pacco batteria, e i pacchi batteria sono collegati in serie per formare un gruppo di batterie. Più cluster di batterie sono collegati direttamente in parallelo allo stesso bus CC. Le ragioni della perdita di capacità disponibile dovuta all'incoerenza delle celle includono l'incoerenza in serie e l'incoerenza parallela.

(1) Perdita di incoerenza della serie del pacco batteria:

A causa di incongruenze quali differenze nelle celle stesse della batteria e differenze di temperatura tra i pacchi batteria, il SOC (potenza rimanente) di ciascun pacco batteria sarà diverso. Finché un pacco batteria è pieno/svuotato, tutti i pacchi batteria nel quadro strumenti smetteranno di caricarsi e scaricarsi.

Figura 1. L'incoerenza della batteria causa una mancata corrispondenza della capacità della serie

(2) Perdita di incoerenza del collegamento parallelo del gruppo batterie:

Dopo che i pacchi batteria sono stati collegati direttamente in parallelo per formare gruppi di batterie, le tensioni di ciascun gruppo di batterie devono essere bilanciate. Quando il gruppo batteria con resistenza interna più piccola è completamente carico o scarico, gli altri gruppi batteria devono smettere di caricarsi e scaricarsi, con il risultato che i gruppi batteria non saranno completamente caricati o completamente scaricati.

Figura 2 Differenza di corrente durante la scarica di più gruppi di batterie in parallelo

Inoltre, a causa della piccola resistenza interna della batteria, anche se la differenza di tensione tra ciascun cluster causata dall'incoerenza è solo di pochi volt, la corrente irregolare tra i cluster sarà molto grande. Come mostrato nei dati misurati di una centrale elettrica nella tabella seguente, la differenza di corrente di carica raggiunge i 75 A (la deviazione è del 42% rispetto al valore medio teorico). La corrente di deviazione causerà un sovraccarico e uno scaricamento eccessivo in alcuni gruppi di batterie. Ciò influisce notevolmente sull'efficienza di carica e scarica, sulla durata della batteria e provoca persino gravi incidenti di sicurezza.

Tabella 1 Dati misurati di una centrale elettrica

2. Vita ridotta del sistema di accumulo dell'energia

Temperature is the most critical factor affecting the life of energy storage. When the internal temperature of the energy storage system rises by 15°C, the life of the energy storage will be shortened by more than half. Lithium-ion batteries generate a lot of heat during the charging and discharging process. Due to the inconsistent internal resistance of the single cells, the temperature distribution inside the energy storage system will be uneven, the battery aging and attenuation rate will increase, and ultimately the life of the energy storage system will be shortened.

It can be seen that the temperature inconsistency of the battery in the energy storage system is an important factor affecting the performance of the energy storage system. It will reduce the available capacity of the energy storage system, shorten the cycle life of the energy storage system, and even cause safety hazards.

How to deal with the inconsistency of energy storage batteries?

The inconsistency of battery cells is formed during the production process and deepened during use. The weaker the battery cells in the same battery pack, the weaker they are, and the weaker they are. However, although there are no completely consistent battery cells, it is possible to integrate digital technology, power electronics technology and energy storage technology, and use the controllability of power electronics technology to minimize the impact of lithium battery inconsistency. In response to the problems caused by the inconsistency analyzed in the previous article, some manufacturers on the market have launched string energy storage systems, which have the characteristics of refined energy management and distributed temperature control, and can be used to treat the symptoms:

(1) Refined management to increase available capacity

Compared to the traditional PCS that manages more than 1,000 to 2,000 cells, the string energy storage system improves the cell management accuracy to more than a dozen, which is about 100 times higher. In view of the series mismatch between battery packs, the optimizer is designed to achieve separate charge and discharge management for each battery pack. When a battery pack reaches the set threshold, the battery pack is bypassed, and other battery packs can continue to charge and discharge without affecting each other, maximizing the use of battery capacity.

At the same time, each battery cluster is equipped with an intelligent cluster controller to avoid the impact of battery inconsistency caused by direct parallel connection, so that the charge and discharge current of each cluster can be accurately controlled with an error of less than 1%. This avoids the mismatch between clusters and truly realizes independent charge and discharge management between battery clusters, eliminates the generation of circulation, and further improves the capacity and safety of the system.

(2) Distributed temperature control to extend the life of the energy storage system

I tradizionali contenitori di accumulo di energia sono dotati di 1-2 condizionatori d'aria centralizzati e utilizzano condotti d'aria longitudinali per la dissipazione del calore. La lunghezza del condotto dell'aria va da circa 6 metri a 12 metri. A causa del lungo canale di dissipazione del calore, non è possibile garantire la coerenza della temperatura di ciascun pacco batteria e gruppo batteria.

Figura 3 Struttura tradizionale di dissipazione del calore centralizzata

L'accumulo di energia nelle stringhe utilizza la dissipazione del calore distribuita a livello di cluster, utilizzando l'aria condizionata distribuita anziché l'aria condizionata centralizzata. Ogni gruppo batteria può dissipare il calore in modo indipendente e uniforme e la lunghezza del condotto dell'aria è inferiore a 1 metro, il che migliora notevolmente l'efficienza di dissipazione del calore ed evita la differenza di temperatura causata dalla posizione fisica. Allo stesso tempo, il pacco batteria utilizza abilmente il condotto di dissipazione del calore brevettato bionico a forma di albero per regolare la lunghezza e la distanza di ciascun condotto di ciascuna cella della batteria, in modo che la quantità di raffreddamento trasmessa da ciascuna cella della batteria sia il più coerente possibile, riducendo la temperatura incoerenza di ciascuna superficie di ciascuna cella della batteria.

Figura 4 Diagramma della struttura della dissipazione del calore distribuito

L’incoerenza delle batterie è la causa principale di molti problemi negli attuali sistemi di accumulo dell’energia. Tuttavia, a causa delle caratteristiche chimiche delle batterie e dell’influenza dell’ambiente applicativo, l’incoerenza delle batterie è difficile da eliminare. Il sistema di accumulo dell'energia a stringa indebolisce notevolmente i requisiti del sistema per la coerenza della batteria attraverso la controllabilità dell'elettronica di potenza e della tecnologia digitale, che può aumentare notevolmente la capacità disponibile del sistema di accumulo dell'energia e migliorare la sicurezza del sistema.