Thebaterijski sistemje jedro celotnega sistema za shranjevanje energije, ki ga sestavljajo stotine valjastih celic oz.prizmatične celicezaporedno in vzporedno. Nedoslednost baterij za shranjevanje energije se nanaša predvsem na nedoslednost parametrov, kot so kapaciteta baterije, notranji upor in temperatura. Pri zaporedni in vzporedni uporabi baterij z nedoslednostmi se pojavijo naslednje težave:

1. Izguba razpoložljive zmogljivosti

V sistemu za shranjevanje energije so posamezne celice zaporedno in vzporedno povezane v ohišje baterij, ohišja baterij so zaporedno in vzporedno povezana v skupek baterij, več skupkov baterij pa je neposredno vzporedno povezanih na isto enosmerno vodilo. Vzroki za neusklajenost baterij, ki vodijo do izgube uporabne zmogljivosti, vključujejo zaporedno in vzporedno neusklajenost.

• Izguba neskladnosti zaporedja baterij
V skladu z načelom soda je serijska kapaciteta baterijskega sistema odvisna od posamezne baterije z najmanjšo kapaciteto. Zaradi nedoslednosti same baterije, temperaturne razlike in drugih nedoslednosti bo uporabna kapaciteta vsake posamezne baterije različna. Posamezna baterija z majhno kapaciteto se med polnjenjem popolnoma napolni in med praznjenjem izprazni, kar omejuje polnjenje drugih posameznih baterij v baterijskem sistemu. Izpraznitev kapacitete povzroči zmanjšanje razpoložljive kapacitete baterijskega sistema. Brez učinkovitega uravnoteženega upravljanja se bo z naraščajočim časom delovanja slabljenje in diferenciacija kapacitete posamezne baterije okrepila, razpoložljiva kapaciteta baterijskega sistema pa bo še pospešila upad.

• Izguba neusklajenosti vzporednega delovanja grozda baterij

Ko so grozdi baterij neposredno vzporedno povezani, bo po polnjenju in praznjenju prišlo do krožnega toka, napetosti vsakega grozda baterij pa bodo prisiljene uravnotežiti. Nezadostna napetost in neizčrpno praznjenje bosta povzročila izgubo kapacitete baterije in dvig temperature, pospešila razpadanje baterije in zmanjšala razpoložljivo kapaciteto baterijskega sistema.

Poleg tega bo zaradi majhnega notranjega upora baterije, tudi če je razlika v napetosti med grozdi zaradi nekonsistentnosti le nekaj voltov, neenakomeren tok med grozdi velik. Kot je razvidno iz izmerjenih podatkov elektrarne v spodnji tabeli, razlika v polnilnem toku doseže 75 A (v primerjavi s teoretičnim povprečjem je odstopanje 42 %), odstopanje toka pa bo v nekaterih grozdih baterij povzročilo prekomerno polnjenje in prekomerno praznjenje; to bo močno vplivalo na učinkovitost polnjenja in praznjenja, življenjsko dobo baterije in celo povzročilo resne varnostne nesreče.

2. Pospešena diferenciacija in skrajšana življenjska doba posameznih celic zaradi neskladne temperature

Temperatura je najpomembnejši dejavnik, ki vpliva na življenjsko dobo sistema za shranjevanje energije. Ko se notranja temperatura sistema za shranjevanje energije poveča za 15 °C, se življenjska doba sistema skrajša za več kot polovico. Litijeva baterija med polnjenjem in praznjenjem proizvaja veliko toplote, temperaturna razlika posamezne baterije pa še dodatno poveča neskladje med notranjim uporom in kapaciteto, kar povzroči pospešeno diferenciacijo posamezne baterije, skrajša življenjsko dobo sistema baterij in celo povzroči varnostne nevarnosti.

Kako se spopasti z nedoslednostjo baterij za shranjevanje energije?

Nedoslednost baterij je glavni vzrok številnih težav v trenutnih sistemih za shranjevanje energije. Čeprav je nedoslednost baterij zaradi kemijskih lastnosti baterij in vpliva okolja uporabe težko odpraviti, je mogoče digitalno tehnologijo, tehnologijo močnostne elektronike in tehnologijo shranjevanja energije integrirati za uporabo električne energije. Nadzor elektronske tehnologije zmanjšuje vpliv nedoslednosti litijevih baterij, kar lahko močno poveča uporabno zmogljivost sistemov za shranjevanje energije in izboljša varnost sistema.

• Tehnologija aktivnega uravnoteženja v realnem času spremlja napetost in temperaturo vsake posamezne baterije, kar najbolje odpravlja nedoslednost serijske vezave baterij in povečuje razpoložljivo kapaciteto sistema za shranjevanje energije za več kot 20 % v celotnem življenjskem ciklu.

• Pri električni zasnovi sistema za shranjevanje energije se upravljanje polnjenja in praznjenja vsake skupine baterij izvaja ločeno, skupine baterij pa niso povezane vzporedno, kar preprečuje težave s kroženjem, ki jih povzroča vzporedna povezava enosmernega toka, in učinkovito izboljša razpoložljivo zmogljivost sistema.

• Natančen nadzor temperature za podaljšanje življenjske dobe sistema za shranjevanje energije

Temperatura vsake posamezne celice se zbira in spremlja v realnem času. S tristopenjsko CFD termično simulacijo in veliko količino eksperimentalnih podatkov je optimizirana toplotna zasnova baterijskega sistema, tako da je največja temperaturna razlika med posameznimi celicami baterijskega sistema manjša od 5 °C, s čimer je rešen problem diferenciacije posameznih celic zaradi temperaturne neskladnosti.

Želite izdelati litijevo baterijo po meri v skladu s posebnimi zahtevami? Za več podrobnosti se obrnite na ekipo LIAO.