最近、中国国家エネルギー局は、「新エネルギー貯蔵プロジェクト管理仕様書(暫定)(コメント草案)」に関する意見公募を発表しました。このコメントの草案では、1つの点が特に強調されています:原則として、バッテリーの一貫性管理技術に重要なブレークスルーが達成され、パワーバッテリーのパフォーマンス監視および評価システムが健全である前に、新しい大規模なパワーバッテリーカスケード利用エネルギー貯蔵プロジェクトを構築してはなりません。

なぜ草案でバッテリーの一貫性が具体的に言及されているのですか?
エネルギー貯蔵バッテリーの不一致は、主にバッテリー容量、内部抵抗、温度などのパラメーターの不一致を指します。私たちの日常の経験では、2つの乾電池を正と負に接続すると、懐中電灯が点灯し、一貫性は考慮されません。しかし、バッテリーがエネルギー貯蔵システムで大規模に使用されると、状況はそれほど単純ではありません。一貫性のないバッテリーを直列および並列で使用すると、次の問題が発生します。
1) 使用可能な容量の損失
エネルギー貯蔵システムでは、バッテリーセル(つまり、バッテリーモノマー)が直列に接続されてバッテリーパックを形成し、バッテリーパックが直列に接続されてバッテリークラスターを形成し、複数のバッテリークラスターが同じDCバスバーに並列に直接接続されます。セルの不整合によって使用可能な容量が失われる理由には、直列の不整合と並列の不整合が含まれます。
バッテリーパックシリーズ不整合損失:
セル自体の違いやバッテリーパック間の温度差により、各バッテリーパックのSOC(残量)は異なります。1つのバッテリーパックがいっぱいまたは空である限り、クラスター内のすべてのバッテリーパックは充電と放電を停止します。
バッテリークラスター並列の不整合損失:
バッテリーパックを並列に直接接続してバッテリークラスターを形成した後、各バッテリークラスターの電圧をバランスさせる必要があります。内部抵抗が小さいバッテリークラスターが完全に充電または放電されると、他のバッテリークラスターは充電と放電を停止する必要があり、バッテリークラスター間の充電と放電が不十分になります。
また、バッテリーの内部抵抗が小さいため、不整合による各クラスター間の電圧差がわずか数ボルトであっても、クラスター間の電流ムラは大きくなります。下表の発電所の測定データに示すように、充電電流の差は75Aに達します(理論上の平均値と比較して偏差は42%)。偏差電流は、一部のバッテリークラスターで過充電と過放電を引き起こします。これは、充電および放電効率、バッテリー寿命に大きく影響し、さらには重大な安全事故につながります。
2)エネルギー貯蔵システムの寿命が短くなります
温度は、エネルギー貯蔵の寿命に影響を与える最も重要な要素です。エネルギー貯蔵システムの内部温度が15°C上昇すると、エネルギー貯蔵寿命は半分以上短くなります。リチウムイオン電池は、充電および放電プロセス中に大量の熱を発生します。単一セルの内部抵抗が一貫していないため、エネルギー貯蔵システム内の温度分布が不均一になり、バッテリーの経年劣化と減衰率が増加し、最終的にはエネルギー貯蔵システムの寿命が短くなります。
エネルギー貯蔵システム内のバッテリーの温度の不整合は、エネルギー貯蔵システムの性能に影響を与える重要な要素であることがわかります。これにより、エネルギー貯蔵システムの利用可能な容量が減少し、エネルギー貯蔵システムのサイクル寿命が短縮され、さらには安全上の問題を引き起こします。
エネルギー貯蔵バッテリーの不整合にどのように対処しますか?
バッテリーセルの不整合は、製造プロセス中に形成され、使用中に深まります。同じバッテリーパック内のバッテリーセルが弱いほど、それらは弱くなり、より速く弱くなります。ただし、完全に一貫性のあるバッテリーセルはありませんが、デジタル技術、パワーエレクトロニクス技術、エネルギー貯蔵技術を統合して、パワーエレクトロニクス技術の制御性とリチウム電池の不一致の影響を最小限に抑えることができます。前の記事で分析した不整合によって引き起こされた問題に対応して、市場に出回っている一部のメーカーは、症状の治療に使用できる洗練されたエネルギー管理と分散温度制御の特性を備えたストリングエネルギー貯蔵システムを発売しました。
1)運用能力を増強するためのマネジメントの洗練
1000〜2000個以上のバッテリーセルを管理する従来のPCSと比較して、ストリングエネルギー貯蔵システムは、バッテリーセル管理の精度を約100倍に12倍以上に向上させます。バッテリ・パック間の直列ミスマッチについては、オプティマイザ設計を使用して、各バッテリ・パックの充電と放電を別々に管理します。バッテリーパックが設定されたしきい値に達すると、バッテリーパックはバイパスされ、他のバッテリーパックは互いに影響を与えることなく充電と放電を続けることができ、バッテリー容量の使用が最大化されます。
同時に、各バッテリークラスターには、直接並列接続によるバッテリーの不整合の影響を回避するためのインテリジェントクラスターコントローラーが装備されているため、各クラスターの充電電流と放電電流を1%未満の誤差で正確に制御できます。これにより、並列接続のクラスター間の不一致が回避され、バッテリークラスター間の独立した充電および放電管理が真に実現され、循環電流の発生が排除され、システムの容量と安全性がさらに向上します。
2)エネルギー貯蔵システムの寿命を延ばすための分散型温度制御
従来のエネルギー貯蔵コンテナには、熱放散のために縦方向のエアダクトを使用する1〜2台の集中型エアコンが装備されています。エアダクトの長さは約6メートルから12メートルです。放熱チャネルが長いため、各バッテリーパックとバッテリークラスターの温度一貫性は保証できません。ストリング エネルギー貯蔵は、集中型エアコンの代わりに分散型エアコンを使用して、クラスター レベルの分散型熱放散を使用します。各バッテリークラスターは、独立して均等に熱を放散できます。エアダクトの長さは1メートル未満であるため、放熱効率が大幅に向上し、物理的な場所による温度差が回避されます。同時に、バッテリーパックは、木の形をしたバイオニック特許取得済みの放熱ダクトを巧みに使用して、各バッテリーセルのエアダクトの長さと距離を調整し、各バッテリーセルが通過する冷気量を可能な限り一定にし、各バッテリーセルの各表面の温度の不一致を減らします。
バッテリーの不整合は、現在のエネルギー貯蔵システムにおける多くの問題の根本原因です。ただし、バッテリーの化学的特性とアプリケーション環境の影響により、バッテリーの不整合を根絶することは困難です。パワーエレクトロニクスとデジタルテクノロジーの制御性により、バッテリーの一貫性に対するシステムの要件が大幅に弱まり、エネルギー貯蔵システムの利用可能な容量が大幅に増加し、システムの安全性が向上します。