배터리 일관성의 중요성

에너지 저장 배터리의 불일치는 주로 배터리 용량, 내부 저항, 온도와 같은 매개변수의 불일치를 의미합니다. 우리의 일상 경험은 두 개의 건전지가 양극과 음극 방향으로 연결되면 손전등이 켜지고 일관성을 고려하지 않는다는 것입니다. 그러나 에너지 저장 시스템에 배터리가 대규모로 사용되면 상황은 그리 간단하지 않습니다. 일관성이 없는 배터리를 직렬 및 병렬로 사용하면 다음과 같은 문제가 발생합니다.

1. 가용 용량의 손실

에너지 저장 시스템에서는 배터리 셀(즉, 배터리 셀)을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하고, 배터리 팩을 직렬로 연결하여 배터리 클러스터를 구성한다. 여러 배터리 클러스터가 동일한 DC 버스에 병렬로 직접 연결됩니다. 셀 불일치로 인해 가용 용량이 손실되는 원인으로는 직렬 불일치, 병렬 불일치 등이 있습니다.

(1) 배터리 팩 시리즈 불일치 손실:

배터리 셀 자체의 차이, 배터리 팩 간의 온도 차이 등의 불일치로 인해 각 배터리 팩의 SOC(남은 전력)가 달라집니다. 하나의 배터리 팩이 가득 차거나 비어 있는 한 클러스터의 모든 배터리 팩은 충전 및 방전을 중지합니다.

그림 1. 배터리 불일치로 인해 직렬 용량 불일치가 발생함

(2) 배터리 클러스터 병렬 연결의 불일치 손실:

배터리 팩을 병렬로 직접 연결하여 배터리 클러스터를 형성한 후 각 배터리 클러스터의 전압이 강제로 균형을 이룹니다. 내부 저항이 더 작은 배터리 클러스터가 완전히 충전되거나 방전되면 다른 배터리 클러스터는 충전 및 방전을 중지해야 하므로 배터리 클러스터가 완전히 충전되거나 완전히 방전되지 않습니다.

그림 2 여러 배터리 클러스터를 병렬로 방전하는 동안 전류 차이

또한 배터리의 내부 저항이 작기 때문에 불일치로 인해 발생하는 각 클러스터 간의 전압 차이가 몇 볼트에 불과하더라도 클러스터 간의 전류 불균일은 매우 커집니다. 아래 표의 발전소 측정 데이터에서 볼 수 있듯이 충전 전류 차이는 75A에 달합니다(이론 평균값 대비 편차는 42%). 편차 전류는 일부 배터리 클러스터에서 과충전 및 과방전을 유발합니다. 충방전 효율과 배터리 수명에 큰 영향을 미치고, 심각한 안전사고를 일으키기도 한다.

표 1 발전소 측정 데이터

2. 에너지 저장 시스템의 수명 단축

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

전통적인 에너지 저장 용기에는 1-2개의 중앙 집중식 에어컨이 장착되어 있으며 열 방출을 위해 세로 방향 공기 덕트를 사용합니다. 공기 덕트의 길이는 약 6m ~ 12m입니다. 열 방출 채널이 길기 때문에 각 배터리 팩과 배터리 클러스터의 온도 일관성을 보장할 수 없습니다.

그림 3 전통적인 중앙 집중식 방열 구조

스트링 에너지 저장장치는 중앙 집중식 에어컨 대신 분산형 에어컨을 사용하는 클러스터 수준 분산 열 방출을 사용합니다. 각 배터리 클러스터는 독립적이고 균일하게 열을 방출할 수 있으며 공기 덕트 길이가 1m 미만이므로 열 방출 효율이 크게 향상되고 물리적 위치로 인한 온도 차이를 피할 수 있습니다. 동시에 배터리 팩은 나무 모양의 바이오닉 특허 방열 덕트를 교묘하게 사용하여 각 배터리 셀 덕트의 길이와 거리를 조정하여 각 배터리 셀에 전달되는 냉각량이 최대한 일정하게 유지되도록 하여 온도를 낮춥니다. 각 배터리 셀의 각 표면의 불일치.

그림 4 분산 열 방출 구조 다이어그램

배터리 불일치는 현재 에너지 저장 시스템에서 많은 문제의 근본 원인입니다. 그러나 배터리의 화학적 특성과 사용 환경의 영향으로 인해 배터리 불일치를 근절하기는 어렵습니다. 스트링 에너지 저장 시스템은 전력 전자 장치 및 디지털 기술의 제어 가능성을 통해 배터리 일관성에 대한 시스템 요구 사항을 크게 약화시키며, 이는 에너지 저장 시스템의 가용 용량을 크게 늘리고 시스템 안전성을 향상시킬 수 있습니다.