DerBatteriesystemist der Kern des gesamten Energiespeichersystems und besteht aus Hunderten von zylindrischen Zellen oderprismatische Zellenin Reihe und parallel. Die Inkonsistenz von Energiespeicherbatterien bezieht sich hauptsächlich auf die Inkonsistenz von Parametern wie Batteriekapazität, Innenwiderstand und Temperatur. Werden Batterien mit solchen Inkonsistenzen in Reihe und parallel geschaltet, treten folgende Probleme auf:

1. Verlust der verfügbaren Kapazität

Im Energiespeichersystem werden die einzelnen Zellen in Reihe und parallel zu einem Batteriekasten geschaltet. Diese Batteriekästen werden wiederum in Reihe und parallel zu einem Batteriecluster geschaltet, und mehrere Batteriecluster werden direkt parallel an dieselbe Gleichstromschiene angeschlossen. Zu den Ursachen für Inkonsistenzen in der Batterieschaltung, die zu einem Verlust an nutzbarer Kapazität führen, zählen Inkonsistenzen in der Reihen- und Parallelschaltung.

•Serieninkonsistenzverlust der Batterie
Gemäß dem Prinzip der Reihenschaltung hängt die Gesamtkapazität des Batteriesystems von der Einzelzelle mit der geringsten Kapazität ab. Aufgrund von Schwankungen der Einzelzellen selbst, Temperaturunterschieden und anderen Faktoren variiert die nutzbare Kapazität jeder einzelnen Zelle. Die Einzelzelle mit der geringsten Kapazität wird beim Laden vollständig geladen und beim Entladen entladen, was das Laden der anderen Einzelzellen im System einschränkt und somit die Entladekapazität verringert. Dies führt zu einer Reduzierung der verfügbaren Gesamtkapazität des Batteriesystems. Ohne ein effektives Lastmanagement verstärkt sich mit zunehmender Betriebsdauer die Schwankung der Einzelzellenkapazität, und die verfügbare Gesamtkapazität des Batteriesystems sinkt weiter.

•Verlust durch parallele Inkonsistenz im Batteriecluster

Bei direkter Parallelschaltung der Batteriecluster entsteht nach dem Laden und Entladen ein Ausgleichsstrom, wodurch sich die Spannungen der einzelnen Cluster angleichen. Eine unvollständige oder unerschöpfliche Entladung führt zu Kapazitätsverlusten und Temperaturanstieg, beschleunigt den Batterieverschleiß und reduziert die verfügbare Kapazität des Batteriesystems.

Aufgrund des geringen Innenwiderstands der Batterie führt selbst eine nur geringfügige Spannungsdifferenz zwischen den Batterieclustern aufgrund von Inkonsistenzen zu erheblichen Stromschwankungen. Wie die Messdaten eines Kraftwerks in der untenstehenden Tabelle zeigen, beträgt die Differenz des Ladestroms 75 A (im Vergleich zum theoretischen Mittelwert 42 %). Diese Stromabweichungen können in einzelnen Batterieclustern zu Überladung und Tiefentladung führen und somit die Lade- und Entladeeffizienz sowie die Batterielebensdauer stark beeinträchtigen. Im schlimmsten Fall kann dies sogar zu schweren Sicherheitsvorfällen führen.

2. Beschleunigte Differenzierung und verkürzte Lebensdauer einzelner Zellen aufgrund ungleichmäßiger Temperaturverhältnisse

Die Temperatur ist der kritischste Faktor für die Lebensdauer von Energiespeichersystemen. Steigt die Innentemperatur um 15 °C, verkürzt sich die Lebensdauer des Systems um mehr als die Hälfte. Lithiumbatterien erzeugen beim Laden und Entladen viel Wärme. Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Zellen verstärken die Inkonsistenz von Innenwiderstand und Kapazität, was zu einer beschleunigten Alterung der Zellen, einer verkürzten Zyklenlebensdauer des gesamten Systems und sogar zu Sicherheitsrisiken führen kann.

Wie lässt sich die Inkonsistenz von Energiespeicherbatterien beheben?

Batterieinkonsistenz ist die Hauptursache vieler Probleme in aktuellen Energiespeichersystemen. Obwohl sie aufgrund der chemischen Eigenschaften von Batterien und der Einflüsse der Anwendungsumgebung schwer zu beseitigen ist, lässt sich durch die Integration von Digitaltechnik, Leistungselektronik und Energiespeichertechnologie die Stromnutzung optimieren. Die präzise Steuerung durch elektronische Technologien minimiert die Auswirkungen von Lithiumbatterieinkonsistenzen, wodurch die nutzbare Kapazität von Energiespeichersystemen deutlich erhöht und die Systemsicherheit verbessert werden kann.

•Die aktive Ausgleichstechnologie überwacht Spannung und Temperatur jeder einzelnen Batterie in Echtzeit, beseitigt so weit wie möglich die Inkonsistenz der in Reihe geschalteten Batterien und erhöht die verfügbare Kapazität des Energiespeichersystems über den gesamten Lebenszyklus um mehr als 20 %.

•Bei der elektrischen Auslegung des Energiespeichersystems erfolgt das Lade- und Entlademanagement jedes Batterieclusters separat, und die Batteriecluster sind nicht parallel geschaltet. Dadurch wird das durch die Parallelschaltung von Gleichstrom verursachte Zirkulationsproblem vermieden und die verfügbare Kapazität des Systems effektiv verbessert.

• Präzise Temperaturregelung zur Verlängerung der Lebensdauer des Energiespeichersystems

Die Temperatur jeder einzelnen Zelle wird in Echtzeit erfasst und überwacht. Mithilfe einer dreistufigen CFD-Wärmesimulation und umfangreicher experimenteller Daten wird das thermische Design des Batteriesystems optimiert. Dadurch beträgt die maximale Temperaturdifferenz zwischen den einzelnen Zellen weniger als 5 °C, und das durch Temperaturunterschiede verursachte Problem der Zelldifferenzierung wird gelöst.

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