Өндөр хурдтай цэнэглэх болон цэнэггүйжүүлэх хувилбаруудад зориулсан батерейны бүтцийн сонголт: давхарлах уу эсвэл ороох уу?

2002 онд байгуулагдсан, харилцаа холбооны тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэл, эрчим хүчний хадгалалтын интеграцчилалаар мэргэшсэн, Хятадын дөрвөн томоохон харилцаа холбооны операторын итгэлт түнш.

Эрчим хүч хадгалах систем нь өндөр чадлын гаралт, миллисекундын түвшний хариу үйлдэл, урт хугацааны тогтвортой ажиллагааг нэгэн зэрэг хангах ёстой үед батерейны бүтцийн дизайн нь зөвхөн үйлдвэрлэлийн процессын асуудал байхаа больсон. Үүний оронд энэ нь дотоод эсэргүүцлийн хяналт, дулааны удирдлагын үр ашиг, мөчлөгийн ашиглалтын хугацааг тодорхойлдог системийн гол параметр болж хувирдаг. Ялангуяа цэнэглэх/цэнэггүйжүүлэх хувилбаруудад 3C–10C ба түүнээс дээш, эсийн дотоод бүтэц нь эсэргүүцлийн тархалт, электрохимийн туйлшрал, дулааны тархалтын зам, механик стрессийн менежментэд шууд нөлөөлдөг.

Эрчим хүч хадгалах системийн сонголтод оролцдог инженерүүдийн хувьд үндсэн ялгааг ойлгох нь давхарласан литийн батерейнууд болон шархны эсүүд өндөр хурдтай ажиллагааны нөхцөлд найдвартай системийн дизайн хийхэд чухал үүрэгтэй.

Энэхүү нийтлэлд янз бүрийн техникийн гүйцэтгэлийг системтэйгээр шинжилсэн болно батерейны бүтэц гүйдлийн зам, электрохимийн эсэргүүцэл, термодинамик зан төлөв, бүтцийн стресс, системийн интеграцийн нийцтэй байдал зэрэг олон өнцгөөс өндөр хурдтай хэрэглээнд ашиглах. Мөн бодит ертөнцийн эрчим хүчний хадгалалтын бүтээгдэхүүний дизайн дахь тэдгээрийн практик инженерийн үнэ цэнийг судалдаг.

1. Өндөр хурдны нөхцөлд электрохимийн-бүтцийн холболтын механизмууд

Бага хурдтай нөхцөлд (≤1C) батерейны хүчдэлийн алдагдал нь голчлон материалын дотоод эсэргүүцэл болон электролитийн ионы тээвэрлэлтийн эсэргүүцлээс үүдэлтэй байдаг бол бүтцийн ялгааны нөлөө харьцангуй хязгаарлагдмал байдаг.
Гэсэн хэдий ч, ханш хэтэрсэн тохиолдолд 3C, ом эсэргүүцэл (Rₒ), цэнэг дамжуулах эсэргүүцэл (Rct), мөн концентрацийн туйлшрал хурдацтай нэмэгдэж, эсийн доторх гүйдлийн жигд бус тархалтын асуудал гарч ирж эхэлдэг.

Батерейны терминалын хүчдэлийг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

хаана Rₒ электродын гүйдлийн цуглуулагч дахь гүйдлийн замын урттай маш их хамааралтай байдаг.

Ороомог бүтэцтэй үед гүйдэл нь электродын хуудасны уртын дагуу дамждаг бөгөөд энэ нь харьцангуй урт электрон дамжуулах зам үүсгэдэг. Үүний эсрэгээр давхарласан бүтэц нь гүйдлийг хуваахын тулд зэрэгцээ холбогдсон олон таб ашигладаг бөгөөд энэ нь зузаан чиглэлд электродоор дамжин өнгөрөх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь электрон дамжуулах зайг мэдэгдэхүйц богиносгодог. Өндөр хурдны импульсийн цэнэгийн үед гүйдлийн замын энэ ялгаа нь хүчдэлийн уналт болон дулаан үүсгэх эрчимд шууд тусдаг.

Инженерийн туршилтууд нь ихэвчлэн цэнэг алдалтын хурд нэмэгдэх үед дараах үр дүнг харуулдаг 1C рүү 5C,
шархалсан эсийн температурын өсөлтийн муруй нь давхарласан эсүүдээс мэдэгдэхүйц эгц налуутай байдаг нь ...-г харуулж байна.
дотоод гүйдлийн нягтралын илүү тод концентраци. Энэхүү концентрацийн нөлөө нь зөвхөн агшин зуурын нөлөөнд нөлөөлдөггүй
үр ашгийг нэмэгдүүлэхээс гадна SEI хальсны задралыг хурдасгаж, улмаар мөчлөгийн ашиглалтын хугацааг бууруулдаг.

2. Шархны бүтцийн техникийн шинж чанар ба өндөр хурдны хязгаарлалтууд

Ороомог процесс нь литийн батерейны үйлдвэрлэлийн хамгийн боловсронгуй технологийн зам бөгөөд цилиндр хэлбэртэй эсүүд болон зарим призм хэлбэртэй эсүүдэд онцгой тохиромжтой. Үүний гол онцлог нь катод, тусгаарлагч, анодыг дараах дарааллаар тасралтгүй ороодогт оршино. катод-тусгаарлагч-анод-тусгаарлагч вазелин хэлбэртэй өнхрөх бүтэц үүсгэх.

Энэхүү загвар нь хэд хэдэн давуу талыг санал болгодог, үүнд: өндөр үйлдвэрлэлийн үр ашиг, боловсорсон тоног төхөөрөмж, хяналттай өртөг, сайн тогтвортой байдал.

Гэсэн хэдий ч өндөр хурдтай хэрэглээний үед шархны бүтэц нь зайлсхийхэд хэцүү хэд хэдэн физик хязгаарлалттай тулгардаг.

Нэгдүгээрт, нэг таб эсвэл хязгаарлагдмал таб загварууд гүйдлийн концентрацид хүргэж болзошгүй. Өндөр гүйдэл нь эсээр дамжин өнгөрөхөд гүйдэл нь табуудын ойролцоох хэсгүүдээр давуу эрхтэйгээр урсах хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь орон нутгийн халуун цэгүүдийг үүсгэдэг.

Хоёрдугаарт, байгаа байдал төв хөндий цөм эзэлхүүний ашиглалтыг бууруулж, эрчим хүчний нягтралыг цаашид сайжруулах зайг хязгаарладаг.

Гуравдугаарт, ороомгийн процессын үед электродын хуудсыг нугалах нь үлдэгдэл механик стресс, энэ нь байнга өндөр хурдтай мөчлөгийн үед идэвхтэй материалын алдагдах магадлалыг нэмэгдүүлдэг.

Олон таб ороох болон урьдчилан нугалах технологиуд нь эдгээр асуудлуудын заримыг нь арилгаж чаддаг ч уг бүтэц нь харьцангуй урт электрон дамжуулах замд хүргэдэг бөгөөд дотоод эсэргүүцлийг мэдэгдэхүйц бууруулахад хэцүү болгодог. Тиймээс өндөр хурдны гүйцэтгэл нь гол зорилго болсон хэрэглээнд ороомгийн бүтэц аажмаар давхарласан бүтэц рүү зам тавьж өгч байна.

3. Давхарласан литийн батерейны бүтцийн давуу талууд ба физик үндэс

Давхарласан литийн батерейнууд катод, тусгаарлагч, анодыг нэг нэгээр нь давхарлан бүтээдэг. Тэдний гол давуу талууд нь оновчтой болгосон одоогийн замууд болон илүү жигд стрессийн тархалт.

Нэгдүгээрт, одоогийн тархалтын үүднээс авч үзвэл давхарласан бүтэц нь ихэвчлэн ашигладаг зэрэгцээ холбогдсон олон таб, электродын хавтгайд илүү жигд гүйдлийн тархалтыг бий болгодог. Гүйдэл нь электродын давхаргуудаар зузаан чиглэлд дамжин өнгөрч, замыг мэдэгдэхүйц богиносгож, улмаар ом эсэргүүцлийг бууруулдаг. Дээрх цэнэг алдалтын хувилбаруудад 5C, хүчдэлийн уналтын үр дүнд сайжирсан нь онцгой тод харагдаж байна.

Хоёрдугаарт, дулааны менежментийн хувьд давхарласан бүтцийн давхарласан зохион байгуулалт нь дулааны үүсэлтийг илүү жигд болгохоос гадна шархны эсүүдэд хөндий цөмөөс үүдэлтэй дулаан хуримтлагдах бүсийг арилгадаг. Энэхүү илүү жигд дулааны тархалт нь орон нутгийн хэт халалтын эрсдлийг бууруулж, модулийн түвшний шингэн хөргөлт эсвэл агаар хөргөлтийн системийн дизайны илүү таатай дулааны талбайн суурийг бий болгодог.

Гуравдугаарт, механик тогтвортой байдлын хувьд давхарласан бүтэц нь электродын нугаралтаас зайлсхийж, стрессийн илүү жигд тархалтыг хангадаг.
Өндөр хурдтай мөчлөгийн үед электродын тэлэлт ба агшилтын давтамж нэмэгддэг. Давхарласан загвар нь стрессийн концентрацаас үүдэлтэй тусгаарлагчийн деформаци болон бичил богино холболтын эрсдлийг бууруулж чаддаг. Туршилтын өгөгдлүүдээс харахад ижил материалын системийн дор давхарласан эсүүд нь ихэвчлэн дараах шинж чанартай байдаг. хүчин чадлыг хадгалах түвшин 10%-иас дээш өндөр өндөр хурдны мөчлөгийн туршилтаар шархны эсүүдээс илүү.

4. Эрчим хүчний нягтрал ба орон зайн ашиглалтын системийн түвшний ач холбогдол

Эрчим хүч хадгалах системийн дизайнд энергийн нягтрал нь зөвхөн ганц эсийн параметрүүдэд төдийгүй шүүгээний ерөнхий дизайн болон төслийн эдийн засагт нөлөөлдөг. Шархалсан эсийн төв хөндий цөм нь эзэлхүүний ашиглалтыг зайлшгүй бууруулдаг бол давхарласан бүтэц нь хавтгай давхаргаар давхарлах замаар орон зайг дүүргэх үр ашгийг сайжруулдаг.

Онол болон практик хэрэглээ хоёулаа давхарласан бүтэц нь ойролцоогоор үр дүнд хүрч чадна гэдгийг харуулж байна 5%-10% илүү их эзэлхүүнтэй энергийн нягтрал.

Арилжааны болон үйлдвэрлэлийн эрчим хүчний хадгалалтын системийн хувьд энэхүү сайжруулалт нь дараахь зүйлийг илэрхийлнэ.

• Дээд кВт.ц/м³
• Илүү авсаархан хадгалах шүүгээний загвар
• Тоног төхөөрөмжийн өрөөний зай бага шаардагдана
• Тээвэрлэлт болон суурилуулалтын өртгийн бүтэц сайжирсан

Системийн хэмжээс хүрэх үед МВт.ц түвшин, бүтцийн ялгаанаас үүдэлтэй орон зайн ашиглалтын сайжруулалтыг инженерийн зардлын томоохон давуу тал болгон хувиргаж болно.

5. Давхардуулах үйл явцын техникийн бэрхшээлүүд болон салбарын чиг хандлага

Давхарлах үйл явц нь тоног төхөөрөмжийн өндөр нарийвчлал шаарддаг, ороомогтой харьцуулахад үйлдвэрлэлийн хугацаа харьцангуй удаан бөгөөд тоног төхөөрөмжийн анхны хөрөнгө оруулалт өндөр байдаг. Гэсэн хэдий ч, боловсорч гүйцсэнтэй холбоотойгоор өндөр хурдтай овоолгын машин, харааны тохируулгын систем, нэгдсэн зүсэлт ба овоолгын тоног төхөөрөмж, түүний үр ашиг мэдэгдэхүйц сайжирсан. Зарим дэвшилтэт тоног төхөөрөмж нь давхарлах үр ашгийг ороомгийн процесстой ойртуулсан.

Үүнээс гадна, гарч ирсэн нь хуурай электродын технологи болон эрлийз стек-салхины нэгдсэн технологиуд давхарласан бүтцүүдэд зардлын зөрүүг аажмаар багасгахын зэрэгцээ гүйцэтгэлийн давуу талыг хадгалах боломжийг олгож байна.

Ирээдүйн өрсөлдөөн зүгээр л давхарлах эсвэл ороох асуудал байхаа больж, харин хоорондох оновчтой тэнцвэрийг хайх болно. үйлдвэрлэлийн үр ашиг ба гүйцэтгэл.

6. Эсийн бүтцээс системийн түвшний инженерчлэлийн интеграци хүртэл

Эрчим хүч хадгалах хэрэглээнд эсийн бүтцийн сонголтыг системийн түвшний дизайнтай уялдуулан авч үзэх ёстой.

Бага эсэргүүцэлтэй давхарласан эсүүд нь зэрэгцээ өргөтгөлийн нөхцөлд илүү сайн ажилладаг бөгөөд хүчдэлийн тогтвортой байдлыг сайжруулж, BMS-ийн ажиллагааг хялбар болгодог. SOC тооцоолол ба тэнцвэржүүлэлтийн хяналтҮүний зэрэгцээ тэдгээрийн дулааны тархалтын шинж чанарууд нь өндөр хүчин чадалтай инвертер системийн хурдан цэнэглэх/цэнэггүйжүүлэх шаардлагад илүү тохиромжтой.

Бид модульчлагдсан эрчим хүчний хадгалах системийн дизайндаа дараах зүйлийг баримталдаг. давхарлаж болдог лити-ион батерейны шийдэл уян хатан багтаамжийн өргөтгөл болон тогтвортой өндөр хурдны гаралтыг бий болгохын тулд өндөр хүчин чадалтай эсийн бүтцийг ухаалаг BMS-тэй хослуулсан. Систем нь хурдан цэнэглэх, цэнэггүйжүүлэхийг дэмждэг, урт хугацааны ашиглалтын хугацаатай, бага засвар үйлчилгээ шаарддаг бөгөөд тохиромжтой. арилжааны болон үйлдвэрлэлийн эрчим хүчний хадгалалт, фотоэлектрик хадгалалтын интеграци, өндөр хүчин чадлын нөөц эрчим хүчний хэрэглээ.

Модульчлагдсан загвар нь зөвхөн урьдчилсан хөрөнгө оруулалтын дарамтыг бууруулаад зогсохгүй ирээдүйн хүчин чадлыг өргөжүүлэхэд илүү тохиромжтой болгодог.

7. Бүтцийн сонголтын инженерийн шийдвэрийн логик

Инженерийн практикт бүтцийн сонголтыг дараах хэмжээсүүд дээр үндэслэн цогцоор нь үнэлэх хэрэгтэй.

• Хэрэв өргөдөл нь голчлон бага үнэтэй бөгөөд өртөгт мэдрэмтгий, шархны бүтэц нь боловсорч гүйцэх, өртөг хэмнэлтийн давуу талыг санал болгодог.
• Хэрэв систем шаардлагатай бол өндөр гүйдлийн импульс байнга гардаг, хурдан цэнэглэх/цэнэггүйжүүлэх чадвар эсвэл урт хугацааны ашиглалтын хугацаатай, давхарласан бүтэц нь илүү хүчтэй техникийн давуу талыг санал болгодог.
• Хэрэв төсөл хэрэгжиж эхэлбэл өндөр чадлын нягтрал болон илүү авсаархан загвар, давхарласан бүтэц нь орон зайн ашиглалт болон дулааны менежментийн хувьд давуу талтай.

Өндөр хурдны програмуудын мөн чанар нь хүчин чадлын эрэмбээс илүү эрчим хүчний эрэмбэ.
Системийн зорилго нь энгийн эрчим хүчний хадгалалтаас эрчим хүчний дэмжлэг болон динамик хариу үйлдэл рүү шилжих үед сонголт нь батерейны бүтэц дотоод эсэргүүцэл бага, жигд байдал өндөр рүү шилжих ёстой.

Өндөр хурдтай эрин үед бүтэц бол өрсөлдөх чадвар юм

Үүнтэй гүйдлийн зам богино, дулааны тархалт жигд, механик тогтвортой байдал сайжирна, давхарласан литийн батерей өндөр хурдны хэрэглээнд улам бүр өргөн хэрэглэгдэж байна.

Эрчим хүч хадгалах систем төлөвлөж буй эсвэл бүтээгдэхүүнээ шинэчлэх компаниудын хувьд батерейны зөв бүтцийг сонгох нь зөвхөн техникийн асуудал төдийгүй урт хугацааны найдвартай байдал, төслийн хөрөнгө оруулалтын өгөөжийн асуудал юм.