Recentemente, a Administração Nacional de Energia da China emitiu uma solicitação pública de opiniões sobre as "Novas Especificações de Gerenciamento de Projetos de Armazenamento de Energia (Provisórias) (Rascunho para Comentários)". Neste rascunho para comentários, um ponto é particularmente enfatizado: em princípio, nenhum novo projeto de armazenamento de energia em cascata de utilização de bateria de energia em larga escala deve ser construído antes que os principais avanços sejam feitos na tecnologia de gerenciamento de consistência de bateria e o sistema de monitoramento e avaliação de desempenho de bateria de energia seja sólido.
Por que a consistência da bateria é especificamente mencionada no rascunho?
A inconsistência das baterias de armazenamento de energia refere-se principalmente à inconsistência de parâmetros como capacidade da bateria, resistência interna e temperatura. Nossa experiência diária é que, quando duas baterias secas são conectadas positiva e negativamente, a lanterna acende e a consistência não é considerada. No entanto, uma vez que as baterias são usadas em larga escala em sistemas de armazenamento de energia, a situação não é tão simples. Quando baterias inconsistentes são usadas em série e paralelo, os seguintes problemas ocorrerão:
1) Perda de capacidade disponível
Em sistemas de armazenamento de energia, as células de bateria (ou seja, monômeros de bateria) são conectadas em série para formar baterias, as baterias são conectadas em série para formar conjuntos de baterias e vários conjuntos de baterias são conectados diretamente em paralelo ao mesmo barramento CC. As razões para a perda de capacidade disponível devido à inconsistência celular incluem inconsistência em série e inconsistência paralela;
BateriaPerda de inconsistência em série:
Devido às diferenças nas próprias células e diferenças de temperatura entre as baterias, o SOC (energia restante) de cada bateria será diferente. Enquanto uma bateria estiver cheia/vazia, todas as baterias no cluster pararão de carregar e descarregar.
Perda de inconsistência paralela do conjunto de baterias:
Depois que as baterias são conectadas diretamente em paralelo para formar um conjunto de baterias, a tensão de cada conjunto de baterias é forçada a ser balanceada. Quando o conjunto de baterias com menor resistência interna está totalmente carregado ou descarregado, os outros conjuntos de baterias devem parar de carregar e descarregar, resultando em carga e descarga insuficientes entre os conjuntos de baterias.
Além disso, devido à pequena resistência interna da bateria, mesmo que a diferença de tensão entre cada cluster causada por inconsistência seja de apenas alguns volts, a corrente desigual entre os clusters será grande. Conforme mostrado nos dados medidos de uma estação de energia na tabela abaixo, a diferença de corrente de carga atinge 75A (o desvio é de 42% em comparação com o valor médio teórico). A corrente de desvio causará sobrecarga e descarga excessiva em alguns conjuntos de baterias; Isso afeta muito a eficiência de carga e descarga, a vida útil da bateria e até leva a sérios acidentes de segurança.
2) A vida útil do sistema de armazenamento de energia será reduzida
A temperatura é o fator mais crítico que afeta a vida útil do armazenamento de energia. Quando a temperatura interna do sistema de armazenamento de energia aumenta em 15°C, a vida útil do armazenamento de energia será reduzida em mais da metade. As baterias de íons de lítio geram muito calor durante o processo de carga e descarga. Devido à resistência interna inconsistente das células individuais, a distribuição de temperatura dentro do sistema de armazenamento de energia será desigual, o envelhecimento da bateria e a taxa de atenuação aumentarão e, finalmente, a vida útil do sistema de armazenamento de energia será reduzida.
Pode-se observar que a inconsistência de temperatura da bateria no sistema de armazenamento de energia é um fator importante que afeta o desempenho do sistema de armazenamento de energia. Isso reduzirá a capacidade disponível do sistema de armazenamento de energia, encurtará o ciclo de vida do sistema de armazenamento de energia e até causará riscos à segurança.
Como lidar com a inconsistência das baterias de armazenamento de energia?
A inconsistência das células da bateria é formada durante o processo de produção e aprofundada durante o uso. Quanto mais fracas as células da bateria na mesma bateria, mais fracas elas são e ficarão mais fracas mais rapidamente. No entanto, embora não haja células de bateria completamente consistentes, a tecnologia digital, a tecnologia eletrônica de potência e a tecnologia de armazenamento de energia podem ser integradas para minimizar o impacto da inconsistência da bateria de lítio com a controlabilidade da tecnologia de eletrônica de potência. Em resposta aos problemas causados pela inconsistência analisada no artigo anterior, alguns fabricantes do mercado lançaram sistemas de armazenamento de energia string com as características de gerenciamento de energia refinado e controle de temperatura distribuído, que podem ser usados para tratar os sintomas:
1) Gestão refinada para aumentar a capacidade disponível
Comparado com o PCS tradicional que gerencia mais de 1000-2000 células de bateria, o sistema de armazenamento de energia string aumenta a precisão do gerenciamento de células de bateria para mais de uma dúzia, o que é cerca de 100 vezes maior. Para a incompatibilidade em série entre baterias, o design do otimizador é usado para obter o gerenciamento separado de carga e descarga de cada bateria. Quando uma bateria atinge o limite definido, a bateria é ignorada e outras baterias podem continuar a carregar e descarregar sem afetar umas às outras, maximizando o uso da capacidade da bateria.
Ao mesmo tempo, cada conjunto de baterias é equipado com um controlador de cluster inteligente para evitar o impacto da inconsistência da bateria causada pela conexão paralela direta, de modo que a corrente de carga e descarga de cada cluster possa ser controlada com precisão com um erro inferior a 1%. Isso evita a incompatibilidade entre clusters em conexão paralela, realmente realiza o gerenciamento independente de carga e descarga entre os clusters de baterias, elimina a geração de corrente circulante e melhora ainda mais a capacidade e a segurança do sistema.
2) Controle de temperatura distribuído para prolongar a vida útil do sistema de armazenamento de energia
Os recipientes tradicionais de armazenamento de energia são equipados com 1-2 condicionadores de ar centralizados, que usam dutos de ar longitudinais para dissipação de calor. O comprimento do duto de ar é de cerca de 6 metros a 12 metros. Devido ao longo canal de dissipação de calor, a consistência da temperatura de cada bateria e conjunto de baterias não pode ser garantida. O armazenamento de energia string usa dissipação de calor distribuída em nível de cluster, usando condicionadores de ar distribuídos em vez de condicionadores de ar centralizados. Cada conjunto de baterias pode dissipar o calor de forma independente e uniforme. O comprimento do duto de ar é inferior a 1 metro, o que melhora muito a eficiência da dissipação de calor e evita a diferença de temperatura causada pela localização física. Ao mesmo tempo, a bateria usa habilmente um duto de dissipação de calor patenteado biônico em forma de árvore para ajustar o comprimento e a distância de cada duto de ar da célula da bateria para tornar a quantidade de frio passada por cada célula da bateria o mais consistente possível, reduzindo a inconsistência de temperatura de cada superfície de cada célula da bateria.
A inconsistência da bateria é a causa raiz de muitos problemas nos sistemas atuais de armazenamento de energia. No entanto, devido às características químicas das baterias e à influência do ambiente de aplicação, a inconsistência da bateria é difícil de erradicar. A controlabilidade da eletrônica de potência e da tecnologia digital enfraquece muito os requisitos do sistema para consistência da bateria, o que pode aumentar muito a capacidade disponível do sistema de armazenamento de energia e melhorar a segurança do sistema.
