Récemment, l’Administration nationale de l’énergie de Chine a publié un appel public à commentaires sur les « Spécifications de gestion de projet de stockage d’énergie (provisoires) ». Dans ce projet de commentaires, un point est particulièrement souligné : en principe, aucun nouveau projet de stockage d’énergie à grande échelle ne doit être construit avant que des percées clés ne soient réalisées dans la technologie de gestion de la cohérence des batteries et que le système de surveillance et d’évaluation des performances des batteries de puissance ne soit solide.

Pourquoi la cohérence de la batterie est-elle spécifiquement mentionnée dans le projet ?
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 positivement et négativement, la lampe de poche s’allume et la cohérence ne sera pas prise en compte. Cependant, une fois que les batteries sont utilisées à grande échelle dans les systèmes de stockage d’énergie, la situation n’est pas si simple. Lorsque des batteries incohérentes sont utilisées en série et en parallèle, les problèmes suivants se produisent :
1) Perte de capacité disponible
Dans les systèmes de stockage d’énergie, les cellules de batterie (c’est-à-dire les monomères de batterie) sont connectées en série pour former des blocs de batterie, les blocs de batterie sont connectés en série pour former des groupes de batteries et plusieurs groupes de batteries sont directement connectés en parallèle au même jeu de barres CC. Les raisons de la perte de capacité disponible due à l’incohérence des cellules comprennent l’incohérence des séries et l’incohérence parallèle ;
BatteriePerte d’incohérence de série :
En raison des différences dans les cellules elles-mêmes et des différences de température entre les batteries, le SOC (puissance restante) de chaque batterie sera différent. Tant qu’une batterie est pleine/vide, toutes les batteries du cluster cessent de se charger et de se décharger.
Perte d’incohérence parallèle du cluster de batteries :
Une fois que les batteries sont directement connectées en parallèle pour former un cluster de batteries, la tension de chaque cluster de batteries est forcée d’être équilibrée. Lorsque le groupe de batteries avec une résistance interne plus petite est complètement chargé ou déchargé, les autres groupes de batteries doivent arrêter de se charger et de se décharger, ce qui entraîne une charge et une décharge insuffisantes entre les groupes de batteries.
De plus, en raison de la faible résistance interne de la batterie, même si la différence de tension entre chaque cluster causée par une incohérence n’est que de quelques volts, le courant inégal entre les clusters sera important. Comme le montrent les données mesurées d’une centrale électrique dans le tableau ci-dessous, la différence de courant de charge atteint 75A (l’écart est de 42% par rapport à la valeur moyenne théorique). Le courant de déviation provoquera une surcharge et une décharge excessive dans certains groupes de batteries ; Cela affecte considérablement l’efficacité de la charge et de la décharge, la durée de vie de la batterie et entraîne même de graves accidents de sécurité.
2) La durée de vie du système de stockage d’énergie sera raccourcie
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 °C, la durée de vie du stockage d’énergie est raccourcie 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, en fin de compte, la durée de vie du système de stockage d’énergie sera raccourcie.
On peut voir 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 batterie se forme pendant le processus de production et s’approfondit pendant l’utilisation. Plus les cellules de batterie d’une même batterie sont faibles, plus elles sont faibles et elles s’affaibliront plus rapidement. Cependant, bien qu’il n’y ait pas de cellules de batterie complètement cohérentes, la technologie numérique, la technologie de l’électronique de puissance et la technologie de stockage de l’énergie peuvent être intégrées pour minimiser l’impact de l’incohérence des batteries au lithium avec la contrôlabilité de la technologie de l’électronique de puissance. 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 avec les caractéristiques de gestion raffinée de l’énergie et de contrôle distribué de la température, qui peuvent être utilisés pour traiter les symptômes :
1) Une gestion affinée pour augmenter la capacité disponible
Par rapport au PCS traditionnel gérant plus de 1000 à 2000 cellules de batterie, le système de stockage d’énergie par chaîne augmente la précision de la gestion des cellules de batterie à plus d’une douzaine, ce qui est environ 100 fois plus élevé. Pour le décalage de série entre les batteries, la conception de l’optimiseur est utilisée pour réaliser une gestion séparée de la charge et de la décharge de chaque batterie. Lorsqu’une batterie atteint le seuil défini, la batterie est contournée et les autres batteries peuvent continuer à se charger et à 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 causée par une connexion parallèle directe, de sorte que le courant de charge et de décharge de chaque cluster peut être contrôlé avec précision avec une erreur inférieure à 1 %. Cela permet d’éviter le décalage entre les clusters en connexion parallèle, de réaliser une gestion indépendante de la charge et de la décharge entre les clusters de batteries, d’éliminer la génération de courant circulant et d’améliorer 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 à 2 climatiseurs centralisés, qui 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 constance de la température de chaque batterie et groupe de batteries ne peut être garantie. Le stockage d’énergie par chaîne utilise une dissipation thermique distribuée au niveau du cluster, à l’aide de climatiseurs distribués au lieu de climatiseurs centralisés. Chaque groupe de batteries peut dissiper la chaleur indépendamment et uniformément. La longueur du conduit d’air est inférieure à 1 mètre, ce qui améliore considérablement l’efficacité de la dissipation de la chaleur et évite la différence de température causée par l’emplacement physique. Dans le même temps, la batterie utilise intelligemment un conduit de dissipation de chaleur breveté bionique en forme d’arbre pour ajuster la longueur et la distance de chaque conduit d’air de cellule de batterie afin de rendre la quantité de froid passée par chaque cellule de batterie aussi cohérente que possible, réduisant ainsi l’incohérence de température de chaque surface de chaque cellule de batterie.
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. La contrôlabilité de l’électronique de puissance et de la technologie numérique affaiblit considérablement les exigences du système en matière de cohérence de la batterie, ce qui peut augmenter considérablement la capacité disponible du système de stockage d’énergie et améliorer la sécurité du système.