バッテリーの安定性の重要性

エネルギー貯蔵電池の不一致とは、主に電池容量、内部抵抗、温度などのパラメータの不一致を指します。私たちの日常の経験では、乾電池を2個プラスとマイナスの方向につなぐと懐中電灯が点灯するというものであり、整合性などは考慮していません。しかし、電池がエネルギー貯蔵システムで大規模に使用されるようになると、状況はそれほど単純ではなくなります。互換性のない電池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. 利用可能な容量の損失

エネルギー貯蔵システムでは、バッテリーセル（すなわち、バッテリーセル）が直列に接続されてバッテリーパックを形成し、バッテリーパックが直列に接続されてバッテリークラスターを形成する。複数のバッテリー クラスターが同じ DC バスに直接並列接続されます。セルの不整合による利用可能な容量の損失の理由には、直列の不整合と並列の不整合が含まれます。

(1) 電池パックのシリーズ不一致の喪失：

電池セル自体の個体差や電池パック間の温度差などにより、各電池パックのSOC（残量）は異なります。 1 つのバッテリー パックが満杯または空である限り、クラスター内のすべてのバッテリー パックは充電と放電を停止します。

図 1. バッテリの不一致により直列容量の不一致が生じる

(2) バッテリークラスター並列接続の不整合損失:

バッテリ パックを直接並列に接続してバッテリ クラスタを形成した後、各バッテリ クラスタの電圧は強制的にバランスが取られます。内部抵抗が小さい電池クラスターが完全に充電または放電されると、他の電池クラスターは充電および放電を停止する必要があり、その結果、電池クラスターが完全に充電または完全に放電されなくなります。

図2 複数の電池クラスタを並列に放電したときの電流差

さらに、バッテリーの内部抵抗が小さいため、不整合による各クラスター間の電圧差がわずか数ボルトであっても、クラスター間の不均一な電流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すように、充電電流の差は75Aに達します（理論平均値と比較して偏差は42％）。逸脱電流により、一部のバッテリー クラスターで過充電と過放電が発生します。充放電効率やバッテリー寿命に大きな影響を与え、重大な安全事故を引き起こすこともあります。

表1 発電所の測定データ

2. 蓄電システムの寿命短縮

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。エネルギー貯蔵システムの内部温度が 15 度上昇すると、エネルギー貯蔵システムの寿命は半分以下に短くなります。リチウムイオン電池は、充電および放電の過程で大量の熱を発生します。単電池の内部抵抗が一貫していないため、エネルギー貯蔵システム内の温度分布が不均一になり、バッテリーの劣化と減衰率が増加し、最終的にはエネルギー貯蔵システムの寿命が短くなります。

エネルギー貯蔵システム内のバッテリーの温度の不一致は、エネルギー貯蔵システムの性能に影響を与える重要な要素であることがわかります。エネルギー貯蔵システムの利用可能な容量が減少し、エネルギー貯蔵システムのサイクル寿命が短くなり、さらには安全上の問題を引き起こす可能性があります。

エネルギー貯蔵電池の不安定にどう対処するか?

バッテリーセルの不均一性は製造プロセス中に形成され、使用中にさらに悪化します。同じバッテリーパック内のバッテリーセルが弱いほど、バッテリーセルの強度は低くなります。ただし、完全に一貫したバッテリーセルはありませんが、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、リチウム電池の不一致による影響を最小限に抑えることは可能です。前回の記事で分析した不一致によって引き起こされる問題に対応して、一部のメーカーは、洗練されたエネルギー管理と分散型温度制御の特徴を備え、症状の治療に使用できるストリング エネルギー貯蔵システムを市場に投入しています。

(1) 利用可能容量を増やすための管理の洗練

1、000 個以上から 2、000 個のセルを管理する従来の PCS と比較して、ストリングエネルギー貯蔵システムはセル管理精度を 12 以上、つまり約 100 倍に向上させます。バッテリー パック間のシリーズ不一致を考慮して、オプティマイザーは各バッテリー パックの個別の充放電管理を実現するように設計されています。バッテリー パックが設定されたしきい値に達すると、そのバッテリー パックはバイパスされ、他のバッテリー パックは相互に影響を与えることなく充電と放電を続行できるため、バッテリー容量が最大限に活用されます。

同時に、各バッテリークラスターにはインテリジェントクラスターコントローラーが装備されており、直接並列接続によって引き起こされるバッテリーの不一致の影響を回避し、各クラスターの充放電電流を1％未満の誤差で正確に制御できます。 。これにより、クラスター間の不一致が回避され、バッテリークラスター間の独立した充放電管理が真に実現され、循環の発生が排除され、システムの容量と安全性がさらに向上します。

(2) エネルギー貯蔵システムの長寿命化のための分散温度制御

従来のエネルギー貯蔵コンテナには、1-2 の集中空調装置が装備されており、熱放散のために縦方向のエアダクトが使用されています。エアダクトの長さは約6メートルから12メートルです。放熱チャネルが長いため、各バッテリー パックとバッテリー クラスターの温度の一貫性は保証できません。

図3 従来の集中放熱構造

ストリングエネルギーストレージでは、集中型空調ではなく分散型空調を使用し、クラスターレベルの分散型熱放散を使用します。各バッテリークラスターは独立して均等に熱を放散でき、エアダクトの長さは1メートル未満であるため、放熱効率が大幅に向上し、物理的な場所によって引き起こされる温度差が回避されます。同時に、バッテリーパックは、ツリー状のバイオニック特許取得済みの放熱ダクトを巧みに使用して、各バッテリーセルのダクトの長さと距離を調整し、各バッテリーセルを通過する冷却量が可能な限り一定になるようにし、温度を下げます。各バッテリーセルの各表面の不一致。

図4 分散放熱構造図

バッテリーの不一致は、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。しかし、電池の化学的特性や使用環境の影響により、電池のばらつきをなくすことは困難です。ストリングエネルギー貯蔵システムは、パワーエレクトロニクスとデジタル技術の制御性を通じてバッテリーの一貫性に対するシステムの要件を大幅に緩和し、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。