¿Qué importancia tiene la consistencia de las baterías de iones de litio? – Tecnología Taipú

Recientemente, la Administración Nacional de Energía de China emitió una solicitud pública de opiniones sobre las "Nuevas Especificaciones de Gestión de Proyectos de Almacenamiento de Energía (Provisionales) (Borrador para Comentarios)". En este borrador para comentarios, se enfatiza particularmente un punto: en principio, no se construirán nuevos proyectos de almacenamiento de energía en cascada de utilización de baterías de energía a gran escala antes de que se logren avances clave ...

¿Qué importancia tiene la consistencia de las baterías de iones de litio?

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Recientemente, la Administración Nacional de Energía de China emitió una solicitud pública de opiniones sobre las "Nuevas Especificaciones de Gestión de Proyectos de Almacenamiento de Energía (Provisionales) (Borrador para Comentarios)". En este borrador de comentarios, se hace especial hincapié en un punto: en principio, no se construirán nuevos proyectos de almacenamiento de energía en cascada de utilización de baterías de energía a gran escala antes de que se logren avances clave en la tecnología de gestión de la consistencia de las baterías y el sistema de monitoreo y evaluación del rendimiento de las baterías de energía sea sólido.

¿Por qué se menciona específicamente la consistencia de la batería en el borrador?

La inconsistencia de las baterías de almacenamiento de energía se refiere principalmente a la inconsistencia de parámetros como la capacidad de la batería, la resistencia interna y la temperatura. Nuestra experiencia diaria es que cuando dos baterías secas están conectadas positiva y negativamente, la linterna se encenderá y no se considerará la consistencia. Sin embargo, una vez que las baterías se utilizan a gran escala en los sistemas de almacenamiento de energía, la situación no es tan sencilla. Cuando se utilizan baterías inconsistentes en serie y en paralelo, se producirán los siguientes problemas:

1) Pérdida de capacidad disponible

En los sistemas de almacenamiento de energía, las celdas de batería (es decir, los monómeros de batería) se conectan en serie para formar paquetes de baterías, los paquetes de baterías se conectan en serie para formar grupos de baterías y varios grupos de baterías se conectan directamente en paralelo a la misma barra colectora de CC. Las razones de la pérdida de capacidad disponible debido a la inconsistencia de las celdas incluyen la inconsistencia de series y la inconsistencia de paralelos;

BateríaPérdida por inconsistencia de la serie:

Debido a las diferencias en las propias celdas y a las diferencias de temperatura entre los paquetes de baterías, el SOC (energía restante) de cada paquete de baterías será diferente. Siempre que un paquete de baterías esté lleno/vacío, todos los paquetes de baterías del grupo dejarán de cargarse y descargarse.

Pérdida de inconsistencia en paralelo del grupo de baterías:

Después de que los paquetes de baterías se conectan directamente en paralelo para formar un grupo de baterías, se fuerza a equilibrar el voltaje de cada grupo de baterías. Cuando el grupo de baterías con menor resistencia interna está completamente cargado o descargado, los otros grupos de baterías deben dejar de cargarse y descargarse, lo que resulta en una carga y descarga insuficientes entre los grupos de baterías.

Además, debido a la pequeña resistencia interna de la batería, incluso si la diferencia de voltaje entre cada grupo causada por inconsistencia es de solo unos pocos voltios, la corriente desigual entre los clústeres será grande. Como se muestra en los datos medidos de una central eléctrica en la siguiente tabla, la diferencia de corriente de carga alcanza los 75 A (la desviación es del 42% en comparación con el valor medio teórico). La corriente de desviación causará sobrecarga y sobredescarga en algunos grupos de baterías; Afecta en gran medida la eficiencia de carga y descarga, la vida útil de la batería e incluso provoca graves accidentes de seguridad.

2) Se acortará la vida útil del sistema de almacenamiento de energía

La temperatura es el factor más crítico que afecta la vida útil del almacenamiento de energía. Cuando la temperatura interna del sistema de almacenamiento de energía aumenta en 15 °C, la vida útil del almacenamiento de energía se acortará a más de la mitad. Las baterías de iones de litio generan mucho calor durante el proceso de carga y descarga. Debido a la resistencia interna inconsistente de las celdas individuales, la distribución de la temperatura dentro del sistema de almacenamiento de energía será desigual, la tasa de envejecimiento y atenuación de la batería aumentará y, en última instancia, se acortará la vida útil del sistema de almacenamiento de energía.

Se puede ver que la inconsistencia de la temperatura de la batería en el sistema de almacenamiento de energía es un factor importante que afecta el rendimiento del sistema de almacenamiento de energía. Reducirá la capacidad disponible del sistema de almacenamiento de energía, acortará el ciclo de vida del sistema de almacenamiento de energía e incluso causará riesgos de seguridad.

¿Cómo lidiar con la inconsistencia de las baterías de almacenamiento de energía?

La inconsistencia de las celdas de la batería se forma durante el proceso de producción y se profundiza durante el uso. Cuanto más débiles sean las celdas de la batería en el mismo paquete de baterías, más débiles serán y se debilitarán más rápido. Sin embargo, aunque no hay celdas de batería completamente consistentes, la tecnología digital, la tecnología de electrónica de potencia y la tecnología de almacenamiento de energía se pueden integrar para minimizar el impacto de la inconsistencia de la batería de litio con la capacidad de control de la tecnología de electrónica de potencia. En respuesta a los problemas causados por la inconsistencia analizada en el artículo anterior, algunos fabricantes en el mercado han lanzado sistemas de almacenamiento de energía en cadena con las características de gestión de energía refinada y control de temperatura distribuida, que se pueden utilizar para tratar los síntomas:

1) Gestión refinada para aumentar la capacidad disponible

En comparación con el PCS tradicional que gestiona más de 1000-2000 celdas de batería, el sistema de almacenamiento de energía en cadena aumenta la precisión de la gestión de celdas de batería a más de una docena, que es aproximadamente 100 veces mayor. Para el desajuste en serie entre paquetes de baterías, el diseño del optimizador se utiliza para lograr una gestión de carga y descarga separada de cada paquete de baterías. Cuando un paquete de baterías alcanza el umbral establecido, el paquete de baterías se omite y otros paquetes de baterías pueden continuar cargándose y descargándose sin afectarse entre sí, maximizando el uso de la capacidad de la batería.

Al mismo tiempo, cada grupo de baterías está equipado con un controlador de clúster inteligente para evitar el impacto de la inconsistencia de la batería causada por la conexión paralela directa, de modo que la corriente de carga y descarga de cada grupo se pueda controlar con precisión con un error de menos del 1%. Esto evita el desajuste entre los clústeres en conexión en paralelo, realmente realiza una gestión independiente de la carga y la descarga entre los grupos de baterías, elimina la generación de corriente circulante y mejora aún más la capacidad y la seguridad del sistema.

2) Control de temperatura distribuido para prolongar la vida útil del sistema de almacenamiento de energía

Los contenedores de almacenamiento de energía tradicionales están equipados con 1-2 acondicionadores de aire centralizados, que utilizan conductos de aire longitudinales para la disipación de calor. La longitud del conducto de aire es de aproximadamente 6 metros a 12 metros. Debido al largo canal de disipación de calor, no se puede garantizar la consistencia de la temperatura de cada paquete de baterías y grupo de baterías. El almacenamiento de energía en cadena utiliza la disipación de calor distribuida a nivel de clúster, utilizando acondicionadores de aire distribuidos en lugar de acondicionadores de aire centralizados. Cada grupo de baterías puede disipar el calor de forma independiente y uniforme. La longitud del conducto de aire es inferior a 1 metro, lo que mejora en gran medida la eficiencia de disipación de calor y evita la diferencia de temperatura causada por la ubicación física. Al mismo tiempo, el paquete de baterías utiliza inteligentemente un conducto de disipación de calor biónico patentado en forma de árbol para ajustar la longitud y la distancia de cada conducto de aire de la celda de la batería para que la cantidad de frío que pasa por cada celda de la batería sea lo más consistente posible, reduciendo la inconsistencia de temperatura de cada superficie de cada celda de la batería.

La inconsistencia de la batería es la causa principal de muchos problemas en los sistemas de almacenamiento de energía actuales. Sin embargo, debido a las características químicas de las baterías y la influencia del entorno de aplicación, la inconsistencia de la batería es difícil de erradicar. La capacidad de control de la electrónica de potencia y la tecnología digital debilita en gran medida los requisitos del sistema para la consistencia de la batería, lo que puede aumentar en gran medida la capacidad disponible del sistema de almacenamiento de energía y mejorar la seguridad del sistema.

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