Le batterie a ioni di litio sono diventate la tecnologia di accumulo di energia tradizionale grazie ai loro vantaggi di alta densità di energia e durata del ciclo lungo. Tuttavia, il degrado della capacità e i rischi termici in fuga causati dai problemi di coerenza della batteria sono diventati colli di bottiglia che limitano l'efficienza del sistema. Secondo le statistiche, il tasso di decadimento della capacità dei pacchetti della batteria è 3-5 volte più veloce di quello delle singole celle. Per ogni aumento dell'1% di incoerenza, l'efficienza del sistema diminuisce di circa il 2,3% e la durata del ciclo viene ridotta del 15%. Pertanto, il miglioramento della coerenza della batteria è una sfida chiave per l'applicazione su larga scala dei sistemi di accumulo di energia.
1 Analisi dei fattori che influenzano la coerenza della batteria
1. Deviazione del processo di produzione
Non uniformità materiale: le fluttuazioni nella proporzione di nichel cobalt manganese nel materiale dell'elettrodo positivo (± 0. 5%) possono portare a una differenza di capacità fino al 3%, mentre le deviazioni nel grado di grafitizzazione dell'elettrodo negativo (± 2%) possono causare cambiamenti nella resistenza interna di 10-15 m Ω.
Fluttuazioni dei parametri di processo: tolleranza dello spessore del rivestimento dell'elettrodo (± 1 μ m), deviazione della densità di compattazione a rullo (± 0. 0 2g\/cm ³), allineamento dell'avvolgimento (± 0,3mm), ecc., Influenza direttamente la dispersione delle prestazioni della cella della batteria.
Lack of quality inspection: Traditional EIS testing has a long cycle (>30 minuti\/cella), il che rende difficile soddisfare le esigenze della produzione su larga scala, con conseguente miscelazione di cellule di differenza di impedenza ionica in gruppi.
2. Stress ambientale durante l'uso
Effetto gradiente di temperatura: quando la differenza di temperatura all'interno del vano batteria supera i 5 gradi, il tasso di decadimento della capacità aumenta di 2 volte e il tasso di crescita annuale della resistenza interna aumenta del 40%.
Charge discharge rate shock: During high rate (>1c) Carica e scarico, la differenza di tensione di polarizzazione della differenza di differenza di resistenza interna può raggiungere 150 mV, accelerando il decadimento della capacità.
Invecchiamento ciclico accumulato: dopo 1000 cicli, la deviazione standard della capacità della batteria è aumentata dal 2% all'8%, con conseguente riduzione del 20% della capacità disponibile del sistema.
3. capacità di controllo BMS insufficiente
Limitazioni del bilanciamento passivo: il bilanciamento del consumo di energia di resistenza ha un'efficienza inferiore al 10% ed è adatto solo a pacchi batteria a piccola capacità, che non possono soddisfare i requisiti di gestione della coerenza dei sistemi da 6 mwh+.
Carenza di precisione di monitoraggio: quando l'errore di campionamento della tensione è maggiore di ± 5 mV e l'errore di rilevamento della temperatura è maggiore di ± 2 gradi, porterà a una deviazione di stima del SOC superiore al 5%, esacerbando lo squilibrio.
2 percorso della tecnologia di miglioramento della coerenza della batteria
1. Controllo preciso del processo di produzione
Tecnologia di dispersione del materiale in scala nano: utilizzando il processo di agitazione planetario, la deviazione standard del materiale elettrodo La distribuzione delle dimensioni delle particelle è inferiore a 5 nm e la fluttuazione della densità di compattazione è inferiore a 0. 01g\/cm ³.
L'ottimizzazione della formula degli elettroliti: l'aggiunta dell'1% di VC (carbonato di etilene) può ridurre l'impedenza interfacciale del 15% e migliorare la stabilità del ciclo.
2. Breakthrough nella tecnologia di bilanciamento attivo BMS
Topologia DC\/DC bidirezionale: la nuova generazione di chip di bilanciamento attivo adotta l'architettura di boost Buck, con una corrente bilanciata di 5A e un'efficienza di conversione del 95%. Può ridurre la differenza di tensione di 20 pacchi batteria da 150 mV a 5 mV entro 1 ora.
Pianificazione globale dell'energia: basato su dati multidimensionali come SOC, SOH, temperatura, ecc., Regolare dinamicamente la priorità di equilibrio per raggiungere il trasferimento di energia attraverso moduli e cluster e migliorare l'efficienza dell'equilibrio del sistema del 40%. Algoritmo di equilibrio PID fuzzy: combinando il controllo della logica fuzzy e del PID, regolando dinamicamente la soglia di equilibrio in base allo stato della batteria, accorciando il tempo di equilibrio del 30% e riducendo il consumo di energia del 20%.
Progettazione di ridondanza di guasto: licenziamenti multipli come campionamento a doppia corrente, auto-diagnosi del circuito di tensione, autotest MCU, ecc., Garantire che l'affidabilità del sistema bilanciato raggiunga il 99,99%.
3. Tecnologia di gestione termica
Piastra di raffreddamento a cambio di fase incorporato: un materiale di cambio di fase (PCM) e sistema composito di raffreddamento liquido sviluppato dal Guangzhou Institute of Energy, Accademia cinese delle scienze. Sotto la scarica 3C, la temperatura più alta è di 39,7 gradi, con una differenza di temperatura di 4,9 gradi e il consumo di pompa è ridotto dell'80,8%.
Design del canale microcanale: il sistema di raffreddamento liquido blu jinkosolare adotta le piastre a freddo microcanale timbrate, che aumentano l'area di trasferimento del calore di tre volte, controlla la differenza di temperatura all'interno del mobile a 2 gradi e estende la durata del ciclo a 10000 volte.
Avviso di fuga termico: sensore di griglia in fibra integrato Bragg, monitoraggio in tempo reale del gradiente di temperatura cellulare, combinato con algoritmo di intelligenza artificiale per avvertire il rischio termico in fuga con 72 ore di anticipo.
4. Sistema di funzionamento e manutenzione intelligente
Percezione dello stato in tempo reale: attraverso il calcolo del bordo 5G+, vengono raccolti dati come tensione, temperatura e resistenza interna di 99000 celle per raggiungere la sincronizzazione a livello di millisecondi e l'archiviazione del cloud.
Previsione dello stato di salute: combinare i dati del veicolo con la potenza del cloud computing, l'errore di previsione di SOH è inferiore al 3%e l'accuratezza della previsione della vita è migliorata del 20%.
3 Analisi tipica dei casi
1. CATL 6MWH+sistema di accumulo di energia
Soluzione tecnica: utilizzando celle a batteria a grande capacità di 1130ah, l'uniformità dei pezzi di pole viene monitorata online attraverso un misuratore di resistenza al polo. BMS supporta il bilanciamento attivo di scatole di batterie in serie 104 e con l'aiuto di un sistema di raffreddamento liquido, la differenza di temperatura è controllata a 3 gradi.
Miglioramento delle prestazioni: il sistema ha una durata del ciclo di 12000 volte e i tempi di ciclo sono del 30% superiore alla media del settore quando il tasso di ritenzione delle capacità è dell'80%.
2. La tecnologia Xieneng bilancia attivamente BMS
Innovazione tecnologica: i due in una scatola ad alta tensione supportano una 2- in -1 e 2- nella topologia -1, riducendo attivamente le dimensioni del chip di bilanciamento del 40%, aumentando la corrente di bilanciamento a 5a e ottenendo un'efficienza di conversione del 95%.
Nei progetti di accumulo di energia, la deviazione standard della tensione del pacco batteria è stata ridotta da 120 mV a 15 mV, con un aumento dell'8% dell'efficienza del sistema e una riduzione del 35% dei costi di funzionamento e manutenzione.
3. Sistema di accumulo di energia raffreddato a liquido di Jingke Energy
Progettazione di gestione termica: la combinazione di piastre a freddo microcanale con materiali di cambio di fase, la differenza di temperatura è controllata a 2 gradi, l'efficienza laterale CC raggiunge il 95%e la durata del ciclo supera i 10000 volte.
4 standard del settore e sistema di certificazione
1. Requisiti standard internazionali
IEEE1725: è stato previsto che è necessario 1 0 0% di rilevamento a raggi X per il disallineamento dei poli delle celle della batteria e l'accuratezza dei test di pressione della rottura della valvola a prova di esplosione è ± 0,7 psi per garantire la coerenza di produzione.
UL62133: Require BMS balancing function efficiency>85%, errore di campionamento della tensione<± 5mV, temperature detection error<± 1 ℃.
2. Progresso normativo domestico
GB\/T 34131-2023: è specificato che il BM di accumulo di energia deve avere una funzione di bilanciamento attivo, bilanciamento della corrente maggiore o uguale a 2A e l'efficienza di bilanciamento maggiore o uguale all'85%.
NB\/T 42130-2023: è previsto che la differenza di temperatura all'interno del vano batteria dovrebbe essere inferiore a 5 gradi e che il consumo di energia del sistema di gestione termica dovrebbe essere inferiore al 3%.