Importancia de la consistencia de la batería

La inconsistencia de las baterías de almacenamiento de energía se refiere principalmente a la inconsistencia de parámetros como la capacidad de la batería, la resistencia interna y la temperatura. Nuestra experiencia diaria es que cuando se conectan dos baterías secas en direcciones positiva y negativa, la linterna se enciende y no consideramos la coherencia. Sin embargo, una vez que las baterías se utilizan a gran escala en sistemas de almacenamiento de energía, la situación no es tan sencilla. Cuando se utilizan baterías inconsistentes en serie y en paralelo, ocurrirán los siguientes problemas:

1. Pérdida de capacidad disponible

En el sistema de almacenamiento de energía, las celdas de batería (es decir, celdas de batería) están conectadas en serie para formar un paquete de baterías, y los paquetes de baterías están conectados en serie para formar un grupo de baterías. Varios grupos de baterías se conectan directamente en paralelo al mismo bus de CC. Las razones de la pérdida de capacidad disponible debido a la inconsistencia de la celda incluyen la inconsistencia en serie y la inconsistencia en paralelo.

(1) Pérdida de inconsistencia en la serie del paquete de baterías:

Debido a inconsistencias como las diferencias en las celdas de la batería y las diferencias de temperatura entre los paquetes de baterías, el SOC (energía restante) de cada paquete de baterías será diferente. Mientras un paquete de baterías esté lleno/vacío, todos los paquetes de baterías del grupo dejarán de cargarse y descargarse.

Figura 1. La inconsistencia de la batería provoca un desajuste en la capacidad de la serie

(2) Pérdida de inconsistencia en la conexión paralela del grupo de baterías:

Después de que los paquetes de baterías se conectan directamente en paralelo para formar grupos de baterías, se fuerza el equilibrio de los voltajes de cada grupo de baterías. Cuando el grupo de baterías con menor resistencia interna está completamente cargado o descargado, los otros grupos de baterías deben dejar de cargarse y descargarse, lo que hace que los grupos de baterías no se carguen o descarguen por completo.

Figura 2 Diferencia de corriente durante la descarga de varios grupos de baterías en paralelo

Además, debido a la pequeña resistencia interna de la batería, incluso si la diferencia de voltaje entre cada grupo causada por la inconsistencia es de solo unos pocos voltios, la corriente desigual entre los grupos será muy grande. Como se muestra en los datos medidos de una central eléctrica en la siguiente tabla, la diferencia de corriente de carga alcanza los 75 A (la desviación es del 42 % en comparación con el valor medio teórico). La corriente de desviación provocará sobrecarga y sobredescarga en algunos grupos de baterías. Afecta en gran medida la eficiencia de carga y descarga, la duración de la batería e incluso provoca graves accidentes de seguridad.

Tabla 1 Datos medidos de una central eléctrica

2. Vida útil más corta del sistema de almacenamiento de energía.

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

Los contenedores de almacenamiento de energía tradicionales están equipados con 1 o 2 aires acondicionados centralizados y utilizan conductos de aire longitudinales para la disipación del calor. La longitud del conducto de aire es de unos 6 metros a 12 metros. Debido al largo canal de disipación de calor, no se puede garantizar la consistencia de la temperatura de cada paquete de baterías y grupo de baterías.

Figura 3 Estructura tradicional de disipación de calor centralizada

El almacenamiento de energía en cadena utiliza disipación de calor distribuida a nivel de grupo, utilizando aire acondicionado distribuido en lugar de aire acondicionado centralizado. Cada grupo de baterías puede disipar el calor de forma independiente y uniforme, y la longitud del conducto de aire es inferior a 1 metro, lo que mejora en gran medida la eficiencia de disipación de calor y evita la diferencia de temperatura causada por la ubicación física. Al mismo tiempo, el paquete de baterías utiliza inteligentemente el conducto de disipación de calor biónico patentado en forma de árbol para ajustar la longitud y la distancia de cada conducto de celda de batería, de modo que la cantidad de enfriamiento que pasa por cada celda de batería sea lo más consistente posible, reduciendo la temperatura. inconsistencia de cada superficie de cada celda de la batería.

Figura 4 Diagrama de estructura de disipación de calor distribuida

La inconsistencia de la batería es la causa fundamental de muchos problemas en los sistemas de almacenamiento de energía actuales. Sin embargo, debido a las características químicas de las baterías y la influencia del entorno de aplicación, la inconsistencia de las baterías es difícil de erradicar. El sistema de almacenamiento de energía en cadena debilita en gran medida los requisitos del sistema para la consistencia de la batería a través de la controlabilidad de la electrónica de potencia y la tecnología digital, lo que puede aumentar en gran medida la capacidad disponible del sistema de almacenamiento de energía y mejorar la seguridad del sistema.