ความสำคัญของความสม่ำเสมอของแบตเตอรี่

ความไม่สอดคล้องกันของแบตเตอรี่เก็บพลังงานส่วนใหญ่หมายถึงความไม่สอดคล้องกันของพารามิเตอร์ เช่น ความจุของแบตเตอรี่ ความต้านทานภายใน และอุณหภูมิ ประสบการณ์ประจำวันของเราคือเมื่อแบตเตอรี่แห้งสองก้อนเชื่อมต่อกันในทิศทางบวกและลบ ไฟฉายจะสว่างขึ้น และเราไม่คำนึงถึงความสอดคล้องกัน อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้แบตเตอรี่ในปริมาณมากในระบบกักเก็บพลังงาน สถานการณ์ก็ไม่ง่ายนัก เมื่อใช้แบตเตอรี่ไม่สอดคล้องกันแบบอนุกรมและขนาน ปัญหาต่อไปนี้จะเกิดขึ้น:

1. การสูญเสียกำลังการผลิตที่มีอยู่

ในระบบกักเก็บพลังงาน เซลล์แบตเตอรี่ (เช่น เซลล์แบตเตอรี่) เชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อสร้างชุดแบตเตอรี่ และชุดแบตเตอรี่เชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อสร้างคลัสเตอร์แบตเตอรี่ กลุ่มแบตเตอรี่หลายกลุ่มเชื่อมต่อโดยตรงแบบขนานกับบัส DC เดียวกัน สาเหตุของการสูญเสียความจุที่มีอยู่เนื่องจากเซลล์ไม่สอดคล้องกัน ได้แก่ ชุดข้อมูลที่ไม่สอดคล้องกันและความไม่สอดคล้องกันแบบขนาน

(1) การสูญเสียความไม่สอดคล้องกันของชุดแบตเตอรี่:

เนื่องจากความไม่สอดคล้องกัน เช่น ความแตกต่างในตัวเซลล์แบตเตอรี่และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างชุดแบตเตอรี่ SOC (พลังงานที่เหลืออยู่) ของแบตเตอรี่แต่ละก้อนจะแตกต่างกัน ตราบใดที่แบตเตอรี่หนึ่งก้อนเต็ม/หมด ชุดแบตเตอรี่ทั้งหมดในคลัสเตอร์จะหยุดชาร์จและคายประจุ

รูปที่ 1 ความไม่สอดคล้องกันของแบตเตอรี่ทำให้ความจุของซีรีย์ไม่ตรงกัน

(2) การสูญเสียการเชื่อมต่อแบบขนานของคลัสเตอร์แบตเตอรี่ไม่สอดคล้องกัน:

หลังจากที่ชุดแบตเตอรี่เชื่อมต่อโดยตรงแบบขนานเพื่อสร้างกลุ่มแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าของแต่ละกลุ่มแบตเตอรี่จะถูกบังคับให้สมดุล เมื่อกลุ่มแบตเตอรี่ที่มีความต้านทานภายในน้อยกว่าได้รับการชาร์จหรือคายประจุจนเต็ม กลุ่มแบตเตอรี่อื่นๆ จะต้องหยุดการชาร์จและการคายประจุ ส่งผลให้กลุ่มแบตเตอรี่ไม่ได้ชาร์จจนเต็มหรือคายประจุจนไม่หมด

รูปที่ 2 ความแตกต่างในปัจจุบันระหว่างการคายประจุของกลุ่มแบตเตอรี่หลายกลุ่มพร้อมกัน

นอกจากนี้ เนื่องจากความต้านทานภายในของแบตเตอรี่มีขนาดเล็ก แม้ว่าความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างแต่ละคลัสเตอร์ที่เกิดจากความไม่สอดคล้องกันจะมีเพียงไม่กี่โวลต์ กระแสไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างคลัสเตอร์จะมีขนาดใหญ่มาก ดังที่แสดงในข้อมูลที่วัดได้ของโรงไฟฟ้าในตารางด้านล่าง ความต่างของกระแสไฟชาร์จถึง 75A (ค่าเบี่ยงเบนคือ 42% เมื่อเทียบกับค่าเฉลี่ยทางทฤษฎี) กระแสไฟฟ้าเบี่ยงเบนจะทำให้เกิดการชาร์จไฟเกินและการคายประจุมากเกินไปในกลุ่มแบตเตอรี่บางกลุ่ม มันส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุ อายุการใช้งานแบตเตอรี่ และยังทำให้เกิดอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยร้ายแรงอีกด้วย

ตารางที่ 1 ข้อมูลที่วัดได้ของโรงไฟฟ้า

2. อายุการใช้งานของระบบกักเก็บพลังงานสั้นลง

อุณหภูมิเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของการจัดเก็บพลังงาน เมื่ออุณหภูมิภายในของระบบจัดเก็บพลังงานเพิ่มขึ้น 15 องศา อายุการใช้งานของการจัดเก็บพลังงานจะลดลงมากกว่าครึ่งหนึ่ง แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสร้างความร้อนจำนวนมากระหว่างการชาร์จและการคายประจุ เนื่องจากความต้านทานภายในของเซลล์เดี่ยวไม่สอดคล้องกัน การกระจายอุณหภูมิภายในระบบกักเก็บพลังงานจะไม่เท่ากัน อายุของแบตเตอรี่และอัตราการลดทอนจะเพิ่มขึ้น และในที่สุดอายุการใช้งานของระบบกักเก็บพลังงานก็จะสั้นลง

จะเห็นได้ว่าอุณหภูมิที่ไม่สอดคล้องกันของแบตเตอรี่ในระบบกักเก็บพลังงานเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบกักเก็บพลังงาน จะลดความจุที่มีอยู่ของระบบกักเก็บพลังงาน ลดอายุการใช้งานของระบบกักเก็บพลังงาน และอาจก่อให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัยด้วย

จะจัดการกับความไม่สอดคล้องกันของแบตเตอรี่เก็บพลังงานได้อย่างไร?

ความไม่สอดคล้องกันของเซลล์แบตเตอรี่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการผลิตและลึกขึ้นในระหว่างการใช้งาน ยิ่งเซลล์แบตเตอรี่ในชุดแบตเตอรี่เดียวกันอ่อนลง เซลล์ก็จะยิ่งอ่อนลงและก็ยิ่งอ่อนลงเท่านั้น อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะไม่มีเซลล์แบตเตอรี่ที่สอดคล้องกันโดยสมบูรณ์ แต่ก็เป็นไปได้ที่จะรวมเทคโนโลยีดิจิทัล เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง และเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงาน และใช้ความสามารถในการควบคุมของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังเพื่อลดผลกระทบของความไม่สอดคล้องกันของแบตเตอรี่ลิเธียม เพื่อตอบสนองต่อปัญหาที่เกิดจากการวิเคราะห์ความไม่สอดคล้องกันในบทความก่อนหน้านี้ ผู้ผลิตบางรายในตลาดได้เปิดตัวระบบจัดเก็บพลังงานแบบสตริงซึ่งมีลักษณะของการจัดการพลังงานกลั่นและการควบคุมอุณหภูมิแบบกระจาย และสามารถใช้รักษาอาการได้:

(1) ปรับปรุงการจัดการเพื่อเพิ่มกำลังการผลิตที่มีอยู่

เมื่อเปรียบเทียบกับ PCS แบบดั้งเดิมที่จัดการเซลล์มากกว่า 1,000 ถึง 2,000 เซลล์ ระบบจัดเก็บพลังงานแบบสตริงได้ปรับปรุงความแม่นยำในการจัดการเซลล์เป็นมากกว่าหนึ่งโหล ซึ่งสูงกว่าประมาณ 100 เท่า เนื่องจากชุดแบตเตอรี่ไม่ตรงกัน เครื่องมือเพิ่มประสิทธิภาพจึงได้รับการออกแบบมาเพื่อให้การจัดการการชาร์จและการคายประจุแยกกันสำหรับแบตเตอรี่แต่ละก้อน เมื่อก้อนแบตเตอรี่ถึงเกณฑ์ที่ตั้งไว้ ก้อนแบตเตอรี่จะถูกข้าม และแบตเตอรี่อื่นๆ จะสามารถชาร์จและคายประจุต่อไปได้โดยไม่กระทบต่อกัน ทำให้ใช้ความจุของแบตเตอรี่ได้สูงสุด

ในเวลาเดียวกัน แต่ละคลัสเตอร์แบตเตอรี่จะติดตั้งตัวควบคุมคลัสเตอร์อัจฉริยะเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจากความไม่สอดคล้องกันของแบตเตอรี่ที่เกิดจากการเชื่อมต่อแบบขนานโดยตรง เพื่อให้สามารถควบคุมกระแสประจุและคายประจุของแต่ละคลัสเตอร์ได้อย่างแม่นยำโดยมีข้อผิดพลาดน้อยกว่า 1% . วิธีนี้จะหลีกเลี่ยงความไม่ตรงกันระหว่างคลัสเตอร์ และตระหนักถึงการจัดการการชาร์จและการคายประจุที่เป็นอิสระระหว่างคลัสเตอร์แบตเตอรี่อย่างแท้จริง ลดการหมุนเวียน และปรับปรุงความจุและความปลอดภัยของระบบให้ดียิ่งขึ้น

(2) การควบคุมอุณหภูมิแบบกระจายเพื่อยืดอายุของระบบกักเก็บพลังงาน

ภาชนะเก็บพลังงานแบบเดิมติดตั้งเครื่องปรับอากาศแบบรวมศูนย์ 1-2 และใช้ท่ออากาศตามยาวเพื่อกระจายความร้อน ความยาวของท่อลมประมาณ 6 เมตร ถึง 12 เมตร เนื่องจากช่องกระจายความร้อนที่ยาว จึงไม่สามารถรับประกันความสม่ำเสมอของอุณหภูมิของชุดแบตเตอรี่แต่ละก้อนและกลุ่มแบตเตอรี่ได้

รูปที่ 3 โครงสร้างการกระจายความร้อนแบบรวมศูนย์แบบดั้งเดิม

การจัดเก็บพลังงานสตริงใช้การกระจายความร้อนแบบกระจายระดับคลัสเตอร์ โดยใช้เครื่องปรับอากาศแบบกระจายแทนเครื่องปรับอากาศแบบรวมศูนย์ แต่ละกลุ่มแบตเตอรี่สามารถกระจายความร้อนได้อย่างอิสระและสม่ำเสมอ และความยาวท่ออากาศน้อยกว่า 1 เมตร ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายความร้อนได้อย่างมาก และหลีกเลี่ยงความแตกต่างของอุณหภูมิที่เกิดจากตำแหน่งทางกายภาพ ในเวลาเดียวกัน ชุดแบตเตอรี่ใช้ท่อกระจายความร้อนที่ได้รับสิทธิบัตรไบโอนิครูปทรงต้นไม้อย่างชาญฉลาด เพื่อปรับความยาวและระยะห่างของท่อเซลล์แบตเตอรี่แต่ละท่อ เพื่อให้ปริมาณความเย็นที่ส่งผ่านเซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์มีความสม่ำเสมอมากที่สุด ส่งผลให้อุณหภูมิลดลง ความไม่สอดคล้องกันของพื้นผิวแต่ละเซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์

รูปที่ 4 แผนภาพโครงสร้างการกระจายความร้อนแบบกระจาย

ความไม่สอดคล้องกันของแบตเตอรี่เป็นสาเหตุสำคัญของปัญหามากมายในระบบกักเก็บพลังงานในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของแบตเตอรี่และอิทธิพลของสภาพแวดล้อมการใช้งาน ความไม่สอดคล้องกันของแบตเตอรี่จึงเป็นเรื่องยากที่จะกำจัด ระบบจัดเก็บพลังงานแบบสตริงทำให้ความต้องการของระบบในด้านความสม่ำเสมอของแบตเตอรี่ลดลงอย่างมาก ผ่านการควบคุมของระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังและเทคโนโลยีดิจิทัล ซึ่งสามารถเพิ่มความจุที่มีอยู่ของระบบจัดเก็บพลังงานได้อย่างมาก และปรับปรุงความปลอดภัยของระบบ