Pentingnya Konsistensi Baterai

Ketidakkonsistenan baterai penyimpan energi terutama mengacu pada ketidakkonsistenan parameter seperti kapasitas baterai, resistansi internal, dan suhu. Pengalaman kami sehari-hari adalah ketika dua baterai kering dihubungkan ke arah positif dan negatif, senter akan menyala, dan kami tidak mempertimbangkan konsistensi. Namun, ketika baterai digunakan dalam skala besar dalam sistem penyimpanan energi, situasinya tidak sesederhana itu. Jika baterai yang tidak konsisten digunakan secara seri dan paralel, masalah berikut akan terjadi:

1. Hilangnya kapasitas yang tersedia

Dalam sistem penyimpanan energi, sel baterai (yaitu sel baterai) dihubungkan secara seri untuk membentuk suatu paket baterai, dan paket baterai dihubungkan secara seri untuk membentuk cluster baterai. Beberapa cluster baterai terhubung langsung secara paralel ke bus DC yang sama. Alasan hilangnya kapasitas yang tersedia karena inkonsistensi sel meliputi inkonsistensi seri dan inkonsistensi paralel.

(1) Hilangnya ketidakkonsistenan seri paket baterai:

Karena ketidakkonsistenan seperti perbedaan sel baterai itu sendiri dan perbedaan suhu antar paket baterai, SOC (sisa daya) setiap paket baterai akan berbeda. Selama satu paket baterai penuh/kosong, semua paket baterai di cluster akan berhenti mengisi dan mengosongkan daya.

Gambar 1. Ketidakkonsistenan baterai menyebabkan ketidaksesuaian kapasitas seri

(2) Hilangnya ketidakkonsistenan koneksi paralel cluster baterai:

Setelah paket baterai dihubungkan langsung secara paralel membentuk cluster baterai, tegangan masing-masing cluster baterai dipaksa untuk seimbang. Ketika cluster baterai dengan resistansi internal yang lebih kecil terisi penuh atau dikosongkan, cluster baterai lainnya harus berhenti mengisi dan mengosongkan, sehingga cluster baterai tidak terisi penuh atau dikosongkan sepenuhnya.

Gambar 2 Perbedaan arus selama pengosongan beberapa kelompok baterai secara paralel

Selain itu, karena resistansi internal baterai yang kecil, meskipun perbedaan tegangan antar cluster yang disebabkan oleh ketidakkonsistenan hanya beberapa volt, arus yang tidak merata antar cluster akan sangat besar. Seperti yang ditunjukkan pada data pengukuran pembangkit listrik pada tabel di bawah, perbedaan arus pengisian mencapai 75A (deviasinya 42% dibandingkan dengan nilai rata-rata teoritis). Penyimpangan arus akan menyebabkan pengisian berlebih dan pengosongan berlebih pada beberapa kelompok baterai. Hal ini sangat mempengaruhi efisiensi pengisian dan pengosongan, masa pakai baterai, dan bahkan menyebabkan kecelakaan keselamatan yang serius.

Tabel 1 Data terukur suatu pembangkit listrik

2. Memperpendek umur sistem penyimpanan energi

Suhu adalah faktor paling penting yang mempengaruhi umur penyimpanan energi. Ketika suhu internal sistem penyimpanan energi naik 15 derajat, umur penyimpanan energi akan diperpendek lebih dari setengahnya. Baterai lithium-ion menghasilkan banyak panas selama proses pengisian dan pengosongan. Karena resistansi internal sel tunggal yang tidak konsisten, distribusi suhu di dalam sistem penyimpanan energi akan tidak merata, penuaan baterai dan laju atenuasi akan meningkat, dan pada akhirnya umur sistem penyimpanan energi akan diperpendek.

Terlihat bahwa ketidakkonsistenan suhu baterai pada sistem penyimpanan energi merupakan faktor penting yang mempengaruhi kinerja sistem penyimpanan energi. Hal ini akan mengurangi kapasitas yang tersedia dari sistem penyimpanan energi, memperpendek umur sistem penyimpanan energi, dan bahkan menyebabkan bahaya keselamatan.

Bagaimana cara mengatasi ketidakkonsistenan baterai penyimpan energi?

Ketidakkonsistenan sel baterai terbentuk selama proses produksi dan diperdalam selama penggunaan. Semakin lemah sel baterai dalam paket baterai yang sama, semakin lemah pula sel tersebut. Namun, meskipun tidak ada sel baterai yang sepenuhnya konsisten, teknologi digital, teknologi elektronika daya, dan teknologi penyimpanan energi dapat diintegrasikan, serta menggunakan teknologi elektronika daya yang dapat dikendalikan untuk meminimalkan dampak ketidakkonsistenan baterai litium. Menanggapi masalah yang disebabkan oleh ketidakkonsistenan yang dianalisis dalam artikel sebelumnya, beberapa produsen di pasar telah meluncurkan sistem penyimpanan energi string, yang memiliki karakteristik manajemen energi halus dan kontrol suhu terdistribusi, dan dapat digunakan untuk mengatasi gejala-gejala berikut:

(1) Penyempurnaan pengelolaan untuk meningkatkan kapasitas yang tersedia

Dibandingkan dengan PCS tradisional yang mengelola lebih dari 1,000 hingga 2,000 sel, sistem penyimpanan energi string meningkatkan akurasi pengelolaan sel hingga lebih dari selusin, yaitu sekitar 100 kali lebih tinggi. Mengingat ketidakcocokan seri antar paket baterai, pengoptimal dirancang untuk mencapai manajemen pengisian dan pengosongan terpisah untuk setiap paket baterai. Ketika sebuah unit baterai mencapai ambang batas yang ditetapkan, paket baterai tersebut akan dilewati, dan paket baterai lainnya dapat terus diisi dan dikosongkan tanpa mempengaruhi satu sama lain, sehingga memaksimalkan penggunaan kapasitas baterai.

Pada saat yang sama, setiap cluster baterai dilengkapi dengan pengontrol cluster cerdas untuk menghindari dampak ketidakkonsistenan baterai yang disebabkan oleh koneksi paralel langsung, sehingga arus pengisian dan pengosongan setiap cluster dapat dikontrol secara akurat dengan kesalahan kurang dari 1% . Hal ini menghindari ketidaksesuaian antar klaster dan benar-benar mewujudkan manajemen pengisian dan pengosongan baterai yang independen antar klaster baterai, menghilangkan timbulnya sirkulasi, dan semakin meningkatkan kapasitas dan keamanan sistem.

(2) Kontrol suhu terdistribusi untuk memperpanjang umur sistem penyimpanan energi

Wadah penyimpanan energi tradisional dilengkapi dengan 1-2 AC terpusat, dan menggunakan saluran udara memanjang untuk pembuangan panas. Panjang saluran udara sekitar 6 meter hingga 12 meter. Karena saluran pembuangan panas yang panjang, konsistensi suhu setiap unit baterai dan kelompok baterai tidak dapat dijamin.

Gambar 3 Struktur pembuangan panas terpusat tradisional

Penyimpanan energi string menggunakan pembuangan panas terdistribusi di tingkat cluster, menggunakan AC terdistribusi, bukan AC terpusat. Setiap kelompok baterai dapat menghilangkan panas secara mandiri dan merata, dan panjang saluran udara kurang dari 1 meter, yang sangat meningkatkan efisiensi pembuangan panas dan menghindari perbedaan suhu yang disebabkan oleh lokasi fisik. Pada saat yang sama, baterai dengan cerdik menggunakan saluran pembuangan panas bionik berbentuk pohon yang dipatenkan untuk menyesuaikan panjang dan jarak setiap saluran sel baterai, sehingga jumlah pendinginan yang dilewatkan oleh setiap sel baterai sekonsisten mungkin, sehingga mengurangi suhu. ketidakkonsistenan setiap permukaan setiap sel baterai.

Gambar 4 Diagram struktur pembuangan panas terdistribusi

Ketidakkonsistenan baterai adalah akar penyebab banyak masalah dalam sistem penyimpanan energi saat ini. Namun, karena karakteristik kimia baterai dan pengaruh lingkungan aplikasi, ketidakkonsistenan baterai sulit dihilangkan. Sistem penyimpanan energi string sangat melemahkan persyaratan sistem untuk konsistensi baterai melalui pengendalian elektronika daya dan teknologi digital, yang dapat sangat meningkatkan kapasitas yang tersedia dari sistem penyimpanan energi dan meningkatkan keamanan sistem.