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 cesser 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 inégal 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

La température est le facteur le plus critique affectant la durée de vie du stockage d’énergie. Lorsque la température interne du système de stockage d'énergie augmente de 15 degrés, la durée de vie du stockage d'énergie sera réduite de plus de moitié. Les batteries lithium-ion génèrent beaucoup de chaleur pendant le processus de charge et de décharge. En raison de la résistance interne incohérente des cellules individuelles, la répartition de la température à l'intérieur du système de stockage d'énergie sera inégale, le vieillissement de la batterie et le taux d'atténuation augmenteront et, finalement, la durée de vie du système de stockage d'énergie sera raccourcie.

On peut constater que l’incohérence de température de la batterie dans le système de stockage d’énergie est un facteur important affectant les performances du système de stockage d’énergie. Cela réduira la capacité disponible du système de stockage d’énergie, raccourcira la durée de vie du système de stockage d’énergie et entraînera même des risques pour la sécurité.

Comment faire face à l’incohérence des batteries de stockage d’énergie ?

L'incohérence des cellules de la batterie se forme pendant le processus de production et s'aggrave lors de l'utilisation. Plus les cellules de la batterie d’un même bloc-batterie sont faibles, plus elles sont faibles et plus elles sont faibles. Cependant, bien qu'il n'existe pas de cellules de batterie totalement cohérentes, il est possible d'intégrer la technologie numérique, la technologie de l'électronique de puissance et la technologie de stockage d'énergie, et d'utiliser la contrôlabilité de la technologie de l'électronique de puissance pour minimiser l'impact de l'incohérence des batteries au lithium. En réponse aux problèmes causés par l'incohérence analysée dans l'article précédent, certains fabricants sur le marché ont lancé des systèmes de stockage d'énergie à chaîne, qui présentent les caractéristiques d'une gestion raffinée de l'énergie et d'un contrôle distribué de la température, et peuvent être utilisés pour traiter les symptômes :

(1) Une gestion raffinée pour augmenter la capacité disponible

Par rapport au PCS traditionnel qui gère plus de 1,000 à 2,000 cellules, le système de stockage d'énergie en chaîne améliore la précision de la gestion des cellules à plus d'une douzaine, soit environ 100 fois plus élevée. Compte tenu de l'inadéquation des séries entre les blocs-batteries, l'optimiseur est conçu pour réaliser une gestion séparée de la charge et de la décharge pour chaque bloc-batterie. Lorsqu'un bloc-batterie atteint le seuil défini, le bloc-batterie est contourné et les autres blocs-batteries peuvent continuer à se charger et se décharger sans s'affecter mutuellement, maximisant ainsi l'utilisation de la capacité de la batterie.

Dans le même temps, chaque cluster de batteries est équipé d'un contrôleur de cluster intelligent pour éviter l'impact de l'incohérence de la batterie provoquée par une connexion parallèle directe, de sorte que le courant de charge et de décharge de chaque cluster puisse être contrôlé avec précision avec une erreur inférieure à 1 %. . Cela évite l'inadéquation entre les clusters et réalise véritablement une gestion indépendante de la charge et de la décharge entre les clusters de batteries, élimine la génération de circulation et améliore encore la capacité et la sécurité du système.

(2) Contrôle distribué de la température pour prolonger la durée de vie du système de stockage d'énergie

Les conteneurs de stockage d'énergie traditionnels sont équipés de 1-2 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.