ما هي مخاطر بطاريات الليثيوم الشمسية غير المتناسقة؟

كثافة طاقة بطارية ليثيوم أيون عالية، ولأسباب تتعلق بالسلامة، لن يتم تصميم الحجم العام بشكل كبير جدًا، ولكن عدد من خلايا فوسفات حديد الليثيوم المفردة من خلال الموصلات الموصلة المتسلسلة والمتوازية في مصدر الطاقة، تشكل وحدة بطارية الليثيوم الشمسية ومع ذلك، هذا يحتاج إلى مواجهة مشكلة الاتساق.

عدم تناسقبطارية الليثيوم الشمسيةتتضمن المعلمات عادةً السعة، والمقاومة الداخلية، وعدم تناسق جهد الدائرة المفتوحة، وعدم تناسق أداء خلية البطارية، التي تشكلت في عملية الإنتاج، وسوف تتفاقم بشكل أكبر في عملية الاستخدام، نفس حزمة البطارية داخل الخلية، الأضعف هو دائما أضعف وتسارع لتصبح أضعف ودرجة تشتت المعلمات بين خلية المونومر، مع تعمق درجة الشيخوخة وتصبح أكبر.

القراءة ذات الصلة: ما هو اتساق بطارية الليثيوم الشمسية؟

ستقدم هذه المقالة خلايا غير متناسقة عند استخدامها بشكل متسلسل ومعًا، ما الضرر الذي سيلحق ببطارية أيون الليثيوم PACK وكيف يجب أن نتعامل مع مشكلة بطاريات الليثيوم الشمسية غير المتناسقة.

ما هي مخاطر بطاريات الليثيوم الشمسية غير المتناسقة؟

فقدان القدرة التخزينية لحزمة بطارية الليثيوم الشمسية

في تصميم حزمة بطارية الليثيوم الشمسية، تتوافق السعة الإجمالية مع "مبدأ البرميل"، حيث تحدد قدرة أسوأ خلية فوسفات حديد الليثيوم قدرة حزمة بطارية الليثيوم الشمسية بأكملها. من أجل منع الشحن الزائد والإفراط في التفريغ، سيعتمد نظام إدارة البطارية المنطق التالي:

عند التفريغ: عندما يصل أدنى جهد للخلية المفردة إلى جهد قطع التفريغ، تتوقف مجموعة البطارية بأكملها عن التفريغ؛
أثناء الشحن: عندما يلامس أعلى جهد فردي جهد قطع الشحن، يتوقف الشحن.

بالإضافة إلى ذلك، عند استخدام خلية البطارية ذات السعة الأصغر في سلسلة مع خلية البطارية ذات السعة الأكبر، سيتم دائمًا تفريغ خلية البطارية ذات السعة الأصغر بالكامل، في حين ستستخدم خلية البطارية ذات السعة الأكبر دائمًا جزءًا من سعتها، مما يؤدي إلى سعة تحتوي حزمة البطارية بأكملها دائمًا على جزء من سعتها في حالة الخمول.

تقليل عمر تخزين حزم بطاريات الليثيوم الشمسية

وبالمثل، فإن عمر أبطارية الليثيوم الشمسيةيعتمد على خلية فوسفات الحديد الليثيوم ذات العمر الأقصر. ومن المحتمل أن تكون الخلية ذات العمر الأقصر هي خلية فوسفات حديد الليثيوم ذات السعة المنخفضة. من المرجح أن تكون خلية LiFePO4 ذات السعة المنخفضة هي أول خلية تصل إلى نهاية عمرها الافتراضي لأنها مشحونة بالكامل ومفرغة في كل مرة. عندما يتم لحام مجموعة من خلايا فوسفات حديد الليثيوم بنهاية العمر الافتراضي، فإن حزمة بطارية الليثيوم الشمسية بأكملها ستتبع أيضًا نهاية العمر الافتراضي.

زيادة المقاومة الداخلية لحزم البطاريات الشمسية

عندما يتدفق نفس التيار عبر الخلايا ذات المقاومة الداخلية المختلفة، فإن خلية LiFePO4 ذات المقاومة الداخلية الأعلى تولد المزيد من الحرارة. وهذا يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الخلايا الشمسية، مما يسرع معدل التدهور ويزيد من المقاومة الداخلية. ويتكون زوج من ردود الفعل السلبية بين المقاومة الداخلية وارتفاع درجة الحرارة، مما يسرع من تدهور الخلايا ذات المقاومة الداخلية العالية.

المعلمات الثلاثة المذكورة أعلاه ليست مستقلة تمامًا، والخلايا ذات العمر العميق تتمتع بمقاومة داخلية أعلى وتدهور أكبر في القدرات. على الرغم من أن هذه المعلمات تؤثر على بعضها البعض، إلا أنها تشرح بشكل منفصل اتجاه تأثير كل منها، وتساعد على فهم الضرر الناجم عن عدم تناسق بطارية الليثيوم الشمسية بشكل أفضل.

كيفية التعامل مع عدم تناسق بطارية الليثيوم الشمسية؟

الإدارة الحرارية

استجابةً لمشكلة أن خلايا فوسفات الحديد الليثيوم ذات المقاومة الداخلية غير المتناسقة تولد كميات مختلفة من الحرارة، يمكن دمج نظام إدارة حراري لتنظيم اختلاف درجة الحرارة عبر حزمة البطارية بأكملها بحيث يتم الاحتفاظ بفرق درجة الحرارة ضمن نطاق صغير. بهذه الطريقة، حتى لو كانت الخلية التي تولد المزيد من الحرارة لا تزال تعاني من ارتفاع كبير في درجة الحرارة، فإنها لن تنسحب بعيدًا عن الخلايا الأخرى، ولن يختلف مستوى التدهور بشكل كبير. تشمل أنظمة الإدارة الحرارية الشائعة أنظمة تبريد الهواء وأنظمة تبريد السوائل.

فرز

الغرض من الفرز هو فصل المعلمات والدفعات المختلفة لخلايا بطارية ليثيوم فوسفات الحديد من خلال الاختيار، حتى لو كانت نفس الدفعة من خلايا بطارية ليثيوم فوسفات الحديد، ولكن يجب أيضًا فحصها، ومعلمات التركيز النسبي لبطارية ليثيوم فوسفات الحديد الخلايا في حزمة البطارية، حزمة البطارية. تتضمن طرق الفرز الفرز الثابت والفرز الديناميكي.

المعادلة

نظرًا لعدم تناسق خلايا فوسفات الحديد الليثيوم، فإن الجهد الطرفي لبعض الخلايا سيكون متقدمًا على الخلايا الأخرى ويصل إلى عتبة التحكم أولاً، مما يؤدي إلى انخفاض قدرة النظام بأكمله. يمكن لوظيفة المعادلة لنظام إدارة البطارية BMS حل هذه المشكلة بشكل جيد للغاية.

عندما تكون خلية بطارية ليثيوم فوسفات الحديد هي أول من يصل إلى جهد قطع الشحن، في حين أن بقية جهد خلية بطارية ليثيوم فوسفات الحديد يتأخر، فإن نظام إدارة المباني سيبدأ وظيفة معادلة الشحن، أو الوصول إلى المقاوم، للتفريغ جزء من قوة خلية بطارية ليثيوم فوسفات الحديد عالية الجهد، أو نقل الطاقة بعيدًا إلى خلية بطارية ليثيوم فوسفات الحديد منخفضة الجهد لأعلى. وبهذه الطريقة، يتم رفع حالة انقطاع الشحن، وتبدأ عملية الشحن مرة أخرى، ويمكن شحن البطارية بمزيد من الطاقة.