Importance de la cohérence de la batterie

L'incohérence des batteries de stockage d'énergie fait principalement référence à l'incohérence de paramètres tels que la capacité de la batterie, la résistance interne et la température. Notre expérience quotidienne est que lorsque deux piles sèches sont connectées dans les sens positif et négatif, la lampe de poche s'allume et nous ne considérons pas la cohérence. Cependant, une fois que les batteries sont utilisées à grande échelle dans les systèmes de stockage d’énergie, la situation n’est plus si simple. Lorsque des batteries incohérentes sont utilisées en série et en parallèle, les problèmes suivants se produiront :

1. Perte de capacité disponible

Dans le système de stockage d'énergie, les cellules de batterie (c'est-à-dire les cellules de batterie) sont connectées en série pour former un bloc de batteries, et les blocs de batteries sont connectés en série pour former un groupe de batteries. Plusieurs groupes de batteries sont directement connectés en parallèle au même bus CC. Les raisons de la perte de capacité disponible due à l'incohérence des cellules comprennent l'incohérence en série et l'incohérence en parallèle.

(1) Perte d’incohérence de la série des batteries :

En raison d'incohérences telles que les différences dans les cellules de la batterie elles-mêmes et les différences de température entre les batteries, le SOC (puissance restante) de chaque batterie sera différent. Tant qu'un bloc-batterie est plein/vide, tous les blocs-batteries du cluster cesseront de se charger et de se décharger.

Figure 1. L'incohérence de la batterie entraîne une inadéquation des capacités en série

(2) Perte d'incohérence de la connexion parallèle du cluster de batteries :

Une fois que les blocs de batteries sont directement connectés en parallèle pour former des groupes de batteries, les tensions de chaque groupe de batteries sont forcées d'être équilibrées. Lorsque le groupe de batteries avec une résistance interne plus petite est complètement chargé ou déchargé, les autres groupes de batteries doivent arrêter de se charger et de se décharger, ce qui fait que les groupes de batteries ne sont pas complètement chargés ou complètement déchargés.

Figure 2 Différence de courant lors de la décharge de plusieurs groupes de batteries en parallèle

De plus, en raison de la faible résistance interne de la batterie, même si la différence de tension entre chaque cluster provoquée par une incohérence n'est que de quelques volts, le courant irrégulier entre les clusters sera très important. Comme le montrent les données mesurées d'une centrale électrique dans le tableau ci-dessous, la différence de courant de charge atteint 75 A (l'écart est de 42 % par rapport à la valeur moyenne théorique). Le courant de déviation entraînera une surcharge et une décharge excessive dans certains groupes de batteries. Cela affecte grandement l’efficacité de la charge et de la décharge, la durée de vie de la batterie et provoque même de graves accidents de sécurité.

Tableau 1 Données mesurées d'une centrale électrique

2. Durée de vie raccourcie du système de stockage d’énergie

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

Les conteneurs de stockage d'énergie traditionnels sont équipés de 1 à 2 climatiseurs centralisés et utilisent des conduits d'air longitudinaux pour la dissipation de la chaleur. La longueur du conduit d'air est d'environ 6 mètres à 12 mètres. En raison du long canal de dissipation thermique, la cohérence de la température de chaque bloc-batterie et groupe de batteries ne peut pas être garantie.

Figure 3 Structure de dissipation thermique centralisée traditionnelle

Le stockage d'énergie en chaîne utilise la dissipation thermique distribuée au niveau du cluster, en utilisant la climatisation distribuée au lieu de la climatisation centralisée. Chaque groupe de batteries peut dissiper la chaleur indépendamment et uniformément, et la longueur du conduit d'air est inférieure à 1 mètre, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la dissipation thermique et évite la différence de température causée par l'emplacement physique. Dans le même temps, la batterie utilise intelligemment le conduit de dissipation thermique breveté bionique en forme d'arbre pour ajuster la longueur et la distance de chaque conduit de cellule de batterie, de sorte que la quantité de refroidissement transmise par chaque cellule de batterie soit aussi cohérente que possible, réduisant ainsi la température. incohérence de chaque surface de chaque cellule de batterie.

Figure 4 Schéma de structure de dissipation thermique distribuée

L’incohérence des batteries est à l’origine de nombreux problèmes dans les systèmes de stockage d’énergie actuels. Cependant, en raison des caractéristiques chimiques des batteries et de l’influence de l’environnement d’application, l’incohérence des batteries est difficile à éradiquer. Le système de stockage d'énergie en chaîne affaiblit considérablement les exigences du système en matière de cohérence de la batterie grâce à la contrôlabilité de l'électronique de puissance et de la technologie numérique, ce qui peut augmenter considérablement la capacité disponible du système de stockage d'énergie et améliorer la sécurité du système.