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儲能電池的不一致性問題及解決方案

2021.9.13 最新消息

電池系統是整個儲能系統的核心,由成百上千個單體電池串並聯組成。電池的不一致性主要是指電池容量、內阻、溫度等參數的不一致。具有不一致性的電池串並聯在一起使用,會出現如下問題:

 

1)可用容量損失

儲能系統中,單體電池串並聯構成電池箱,電池箱串並聯構成電池簇,多個電池簇直接並聯接入同一直流母排。電池不一致性導致可用容量損失的原因包括串聯不一致和並聯不一致。

 

·電池串聯不一致性損失

根據木桶原理,電池系統的串聯容量取決於容量最小的單體電池。由於單體電池本身差異、溫度差異等不一致性會造成每個單體電池的可用容量不同,容量小的單體電池充電時先充滿、放電時先放空,制約電池系統的其他單體電池的充放電能力,造成電池系統可用容量下降。不實施有效的均衡管理,隨著執行時間的增長,加劇單體電池容量的衰減與分化,使電池系統可用容量進一步加速下降。
 

·電池簇並聯不一致性損失

電池簇直接並聯會在充放電結束後出現環流現象,各電池簇電壓被強制平衡,當內阻較小的電池簇電量充滿或放光後,其他電池簇必須停止充放,造成電池簇間充不滿、放不盡,造成電池容量損失和溫度升高,加速電池衰減,降低電池系統可用容量。
 

此外,由於電池內阻較小,因不一致性造成的各簇電壓差異即使僅有幾伏,簇間不均流就會很大,如下表中某電站實測資料所示,充電電流差異達到75A(與理論平均值相比偏差達42%),偏差電流會導致部分電池簇出現過充過放現象;極大影響充放電效率、電池壽命以及甚至導致嚴重安全事故。
 

2)溫度不一致導致的單體電池加速分化、壽命縮短

溫度是影響儲能壽命的最關鍵因素,當儲能系統內部溫度提升15℃時,系統壽命會縮短一半以上。鋰電池在充放電過程中會產生大量熱量,單體電池的溫度差異過大會造成內阻、容量等不一致進一步增大,導致單體電池加速分化,縮短電池系統的迴圈壽命,甚至造成安全隱患。

 

如何應對儲能電池不一致性?

電池不一致性是當前儲能系統很多問題的根源,雖然由於電池的化學特徵以及應用環境的影響,電池的不一致性很難根除,但是可以將數位技術、電力電子技術與儲能技術融合,用電力電子技術的可控性將鋰電池不一致性的影響降至最低,可大幅提升儲能系統可用容量,以及提高系統安全性。
 

1)科列主動均衡技術即時監測每個單體電池的電壓和溫度等資訊,最大消除電池串聯的不一致性問題,使儲能系統在全生命週期可用容量提升20%以上。
 

2)科列儲能系統的電氣設計中,對每簇電池單獨進行充放電管理,電池簇不並聯,避免了直流並聯造成的環流問題,有效提升系統可用容量。
 

3)精准溫控,延長儲能系統壽命

對每個單體電池進行溫度採集,即時監控。通過三層級CFD熱模擬和大量的實驗資料,最優化電池系統的熱設計,使電池系統單體電池的最大溫差<5℃,解決溫度不一致引起的單體電池分化問題。