خطرات باتری های لیتیومی خورشیدی ناسازگار چیست؟

چگالی انرژی باتری لیتیوم یونی بالا است، به دلایل ایمنی حجم کلی خیلی زیاد طراحی نمی شود، اما تعدادی سلول منفرد فسفات آهن لیتیوم از طریق اتصال دهنده های رسانا به صورت سری و موازی به منبع تغذیه تبدیل می شوند و یک ماژول باتری لیتیوم خورشیدی را تشکیل می دهند. با این حال، این باید با مشکل سازگاری روبرو شود.

ناهماهنگی ازباتری لیتیومی خورشیدیپارامترها معمولاً شامل ظرفیت، مقاومت داخلی، ناسازگاری ولتاژ مدار باز، ناهماهنگی عملکرد سلول باتری، تشکیل شده در فرآیند تولید، در فرآیند استفاده بیشتر تشدید خواهند شد، همان بسته باتری در داخل سلول، ضعیف تر است. همیشه ضعیف تر و شتاب برای تبدیل شدن به ضعیف تر و درجه پراکندگی پارامترها بین سلول مونومر، با عمیق تر شدن درجه پیری و تبدیل شدن به بزرگتر.

مطالب مرتبط: قوام باتری لیتیوم خورشیدی چیست؟

در این مقاله سلول‌های ناسازگار در صورت استفاده به صورت سری و با هم معرفی می‌شود که چه آسیب‌هایی به PACK باتری لیتیوم یونی وارد می‌کند و چگونه باید با مشکل ناهماهنگ باتری‌های لیتیومی خورشیدی مقابله کنیم.

خطرات باتری های لیتیومی خورشیدی ناسازگار چیست؟

از دست دادن ظرفیت ذخیره سازی بسته باتری لیتیومی خورشیدی

در طراحی بسته باتری لیتیوم خورشیدی، ظرفیت کلی مطابق با "اصل بشکه" است، ظرفیت بدترین سلول فسفات آهن لیتیوم ظرفیت کل بسته باتری لیتیوم خورشیدی را تعیین می کند. به منظور جلوگیری از شارژ و تخلیه بیش از حد، سیستم مدیریت باتری منطق زیر را اتخاذ می کند:

هنگام تخلیه: هنگامی که کمترین ولتاژ تک سلولی به ولتاژ قطع تخلیه می رسد، کل بسته باتری تخلیه می شود.
در حین شارژ: هنگامی که بالاترین ولتاژ فردی با ولتاژ قطع شارژ تماس می گیرد، شارژ متوقف می شود.

علاوه بر این، هنگامی که سلول باتری با ظرفیت کمتر به صورت سری با سلول باتری با ظرفیت بیشتر استفاده می شود، سلول باتری با ظرفیت کمتر همیشه به طور کامل دشارژ می شود، در حالی که سلول باتری با ظرفیت بیشتر همیشه بخشی از ظرفیت خود را استفاده می کند و در نتیجه ظرفیت باتری را افزایش می دهد. کل بسته باتری همیشه بخشی از ظرفیت خود را در حالت بیکار قرار می دهد.

کاهش عمر ذخیره سازی بسته های باتری لیتیوم خورشیدی

به همین ترتیب، طول عمر یکباتری خورشیدی لیتیومبستگی به سلول فسفات آهن لیتیوم با کوتاه ترین طول عمر دارد. این احتمال وجود دارد که سلولی با کمترین طول عمر، سلول فسفات آهن لیتیوم با ظرفیت کم باشد. سلول LiFePO4 با ظرفیت کمتر احتمالاً اولین سلولی است که به پایان عمر خود می رسد زیرا هر بار به طور کامل شارژ و تخلیه می شود. هنگامی که به عنوان یک گروه از سلول های فسفات آهن لیتیوم در پایان عمر جوش داده می شود، کل بسته باتری لیتیوم خورشیدی نیز پایان عمر را دنبال می کند.

افزایش مقاومت داخلی بسته های باتری خورشیدی

وقتی جریان یکسانی از سلول‌هایی با مقاومت‌های داخلی متفاوت عبور می‌کند، سلول LiFePO4 با مقاومت داخلی بالاتر گرمای بیشتری تولید می‌کند. این منجر به دمای بالای سلول خورشیدی می شود که سرعت زوال را تسریع می کند و مقاومت داخلی را بیشتر می کند. یک جفت بازخورد منفی بین مقاومت داخلی و افزایش دما شکل می‌گیرد که تخریب سلول‌های با مقاومت داخلی بالا را تسریع می‌کند.

سه پارامتر فوق کاملاً مستقل نیستند و سلول‌های با پیری عمیق مقاومت داخلی بالاتر و کاهش ظرفیت بیشتری دارند. اگرچه این پارامترها بر یکدیگر تأثیر می گذارند، اما به طور جداگانه جهت تأثیر مربوطه خود را توضیح می دهند، به درک بهتر آسیب ناسازگاری باتری لیتیوم خورشیدی کمک می کنند.

چگونه با ناهماهنگی باتری لیتیوم خورشیدی مقابله کنیم؟

مدیریت حرارتی

در پاسخ به این مشکل که سلول‌های فسفات آهن لیتیوم با مقاومت داخلی ناسازگار، مقادیر متفاوتی از گرما را تولید می‌کنند، می‌توان یک سیستم مدیریت حرارتی برای تنظیم اختلاف دما در کل بسته باتری به‌طوری که اختلاف دما در محدوده کوچکی نگه داشت، گنجانده شد. به این ترتیب، حتی اگر سلولی که گرمای بیشتری تولید می‌کند، باز هم افزایش دمای بالایی داشته باشد، از سلول‌های دیگر دور نمی‌شود و میزان تخریب تفاوت قابل‌توجهی نخواهد داشت. سیستم های متداول مدیریت حرارتی شامل سیستم های خنک کننده با هوا و خنک کننده مایع است.

مرتب سازی

هدف از مرتب سازی جدا کردن پارامترها و دسته های مختلف سلول های باتری لیتیوم آهن فسفات از طریق انتخاب است، حتی اگر همان دسته از سلول های باتری لیتیوم آهن فسفات، اما همچنین نیاز به غربالگری، پارامترهای غلظت نسبی باتری لیتیوم آهن فسفات سلول ها در بسته باتری، بسته باتری. روش های مرتب سازی شامل مرتب سازی استاتیک و مرتب سازی پویا می باشد.

تساوی

به دلیل ناهماهنگی سلول‌های فسفات آهن لیتیوم، ولتاژ پایانه برخی سلول‌ها از سلول‌های دیگر جلوتر است و ابتدا به آستانه کنترل می‌رسد و در نتیجه ظرفیت کل سیستم کوچک‌تر می‌شود. عملکرد یکسان سازی سیستم مدیریت باتری BMS می تواند این مشکل را به خوبی حل کند.

هنگامی که یک سلول باتری لیتیوم آهن فسفات اولین کسی است که به ولتاژ قطع شارژ می رسد، در حالی که بقیه ولتاژ باتری لیتیوم فسفات آهن عقب است، BMS عملکرد یکسان سازی شارژ یا دسترسی به مقاومت را برای تخلیه شروع می کند. بخشی از قدرت سلول باتری لیتیوم آهن فسفات ولتاژ بالا، یا انتقال انرژی به سلول باتری لیتیوم آهن فسفات ولتاژ پایین به بالا. به این ترتیب، شرایط قطع شارژ برداشته می شود، فرآیند شارژ مجدد شروع می شود و بسته باتری را می توان با قدرت بیشتری شارژ کرد.