النظام البطاريةتُعدّ هذه الوحدة جوهر نظام تخزين الطاقة بأكمله، وتتكون من مئات الخلايا الأسطوانية أوالخلايا المنشوريةفي التوصيل على التوالي والتوازي. يشير عدم اتساق بطاريات تخزين الطاقة بشكل أساسي إلى عدم اتساق معايير مثل سعة البطارية، والمقاومة الداخلية، ودرجة الحرارة. عند استخدام بطاريات ذات خصائص غير متسقة في التوصيل على التوالي والتوازي، ستظهر المشكلات التالية:

1. فقدان السعة المتاحة

في نظام تخزين الطاقة، تُوصل الخلايا المفردة على التوالي والتوازي لتشكيل صندوق بطارية، وتُوصل صناديق البطاريات على التوالي والتوازي لتشكيل مجموعة بطاريات، كما تُوصل مجموعات البطاريات المتعددة مباشرةً بقضيب توزيع التيار المستمر نفسه على التوازي. تشمل أسباب عدم استقرار البطاريات، مما يؤدي إلى فقدان السعة القابلة للاستخدام، عدم الاستقرار في التوصيل على التوالي وعدم الاستقرار في التوصيل على التوازي.

•فقدان التناسق في سلسلة البطاريات
وفقًا لمبدأ البرميل، تعتمد السعة الإجمالية لنظام البطاريات على البطارية ذات السعة الأصغر. ونظرًا لاختلاف خصائص كل بطارية، واختلاف درجات الحرارة، وغيرها من العوامل، فإن السعة القابلة للاستخدام تختلف من بطارية لأخرى. تُشحن البطارية ذات السعة الأصغر بالكامل عند الشحن وتُفرغ عند التفريغ، مما يُعيق شحن البطاريات الأخرى في النظام. ويؤدي تفريغ البطاريات إلى انخفاض السعة المتاحة للنظام. وبدون إدارة متوازنة فعّالة، ومع ازدياد مدة التشغيل، سيتفاقم تباين سعة البطاريات، مما يُسرّع من انخفاض السعة المتاحة للنظام.

• فقدان التناسق المتوازي لمجموعة البطاريات

عند توصيل مجموعات البطاريات مباشرةً على التوازي، ستحدث ظاهرة تيار متداول بعد الشحن والتفريغ، مما يجبر جهد كل مجموعة على التوازن. ويؤدي عدم كفاية الشحن والتفريغ المستمر إلى فقدان سعة البطارية وارتفاع درجة حرارتها، وتسريع تلفها، وتقليل السعة المتاحة لنظام البطاريات.

بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا لانخفاض المقاومة الداخلية للبطارية، حتى لو كان فرق الجهد بين مجموعات البطاريات الناتج عن عدم انتظام الجهد بضعة فولتات فقط، فإن التيار غير المتساوي بين هذه المجموعات سيكون كبيرًا. وكما هو موضح في البيانات المقاسة لمحطة توليد الطاقة في الجدول أدناه، يصل فرق تيار الشحن إلى 75 أمبير (مقارنةً بالمتوسط ​​النظري، يبلغ الانحراف 42%)، وسيؤدي هذا الانحراف في التيار إلى الشحن الزائد والتفريغ الزائد في بعض مجموعات البطاريات؛ مما سيؤثر بشكل كبير على كفاءة الشحن والتفريغ، وعمر البطارية، بل وقد يؤدي إلى حوادث خطيرة.

2. تسارع تمايز الخلايا المفردة وتقصير عمرها بسبب عدم ثبات درجة الحرارة

تُعدّ درجة الحرارة العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على عمر نظام تخزين الطاقة. فعندما ترتفع درجة الحرارة الداخلية للنظام بمقدار 15 درجة مئوية، ينخفض ​​عمره إلى أكثر من النصف. تُولّد بطارية الليثيوم كمية كبيرة من الحرارة أثناء عمليتي الشحن والتفريغ، ويؤدي اختلاف درجة حرارة البطارية الواحدة إلى زيادة عدم اتساق المقاومة الداخلية والسعة، مما يُسرّع من تآكلها، ويُقصّر عمر النظام ككل، بل وقد يُسبّب مخاطر على السلامة.

كيفية التعامل مع عدم اتساق أداء بطاريات تخزين الطاقة؟

يُعدّ عدم استقرار أداء البطاريات السبب الرئيسي للعديد من المشاكل في أنظمة تخزين الطاقة الحالية. ورغم صعوبة القضاء على هذه المشكلة نظرًا لخصائص البطاريات الكيميائية وتأثير بيئة الاستخدام، إلا أنه يُمكن دمج التقنيات الرقمية وتقنيات إلكترونيات الطاقة وتقنيات تخزين الطاقة للاستفادة من الكهرباء. وتُقلّل إمكانية التحكم في التقنيات الإلكترونية من تأثير عدم استقرار أداء بطاريات الليثيوم، مما يُساهم في زيادة السعة القابلة للاستخدام لأنظمة تخزين الطاقة وتحسين سلامة النظام بشكل كبير.

•تراقب تقنية الموازنة النشطة الجهد ودرجة حرارة كل بطارية على حدة في الوقت الفعلي، مما يقلل إلى أقصى حد من عدم اتساق توصيل البطاريات على التوالي، ويزيد من السعة المتاحة لنظام تخزين الطاقة بأكثر من 20٪ في دورة الحياة بأكملها.

•في التصميم الكهربائي لنظام تخزين الطاقة، تتم إدارة الشحن والتفريغ لكل مجموعة من البطاريات بشكل منفصل، ولا يتم توصيل مجموعات البطاريات على التوازي، مما يتجنب مشكلة الدوران الناتجة عن التوصيل المتوازي للتيار المستمر، ويحسن بشكل فعال السعة المتاحة للنظام.

• التحكم الدقيق في درجة الحرارة لإطالة عمر نظام تخزين الطاقة

تُجمع درجة حرارة كل خلية على حدة وتُراقب في الوقت الفعلي. ومن خلال محاكاة حرارية ثلاثية المستويات باستخدام ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) وكمية كبيرة من البيانات التجريبية، يتم تحسين التصميم الحراري لنظام البطارية، بحيث يكون الحد الأقصى لفرق درجة الحرارة بين خلايا النظام أقل من 5 درجات مئوية، ويتم حل مشكلة تباين درجة حرارة الخلايا الفردية الناتج عن عدم تجانسها.

إذا كنت ترغب في إنتاج بطارية ليثيوم مخصصة وفقًا لمتطلبات خاصة، فمرحباً بك في استشارة فريق LIAO للحصول على مزيد من التفاصيل.