のバッテリーシステムは、数百個の円筒形のセルまたは角柱細胞直列接続と並列接続の場合。蓄電池の不均一性とは、主に電池容量、内部抵抗、温度などのパラメータの不均一性を指します。不均一性のある電池を直列接続と並列接続で使用すると、次のような問題が発生します。

1. 利用可能な容量の喪失

エネルギー貯蔵システムでは、個々のセルを直列および並列に接続してバッテリーボックスを形成し、バッテリーボックスを直列および並列に接続してバッテリークラスターを形成し、複数のバッテリークラスターを並列に同じDCバスバーに直接接続します。使用可能な容量の損失につながるバッテリーの不整合の原因には、直列不整合と並列不整合があります。

・バッテリー直列接続の不整合による損失
バレル原理によれば、バッテリーシステムの直列容量は、容量が最小の単体バッテリーに依存します。単体バッテリー自体のばらつき、温度差などのばらつきにより、各単体バッテリーの使用可能容量は異なります。容量の小さい単体バッテリーは、充電時には完全に充電され、放電時には完全に放電されるため、バッテリーシステム内の他の単体バッテリーの充電および放電容量が制限され、結果としてバッテリーシステムの使用可能容量が減少します。効果的なバランス管理を行わないと、稼働時間の増加に伴い、単体バッテリー容量の減衰とばらつきが激化し、バッテリーシステムの使用可能容量の低下がさらに加速します。

・バッテリークラスターの並列不整合損失

バッテリー群を直接並列接続すると、充電と放電後に循環電流現象が発生し、各バッテリー群の電圧が強制的に均衡状態になります。不完全な放電や無制限の放電は、バッテリー容量の低下と温度上昇を引き起こし、バッテリーの劣化を加速させ、バッテリーシステムの利用可能容量を減少させます。

さらに、バッテリーの内部抵抗が小さいため、不整合によって生じるクラスター間の電圧差がわずか数ボルトであっても、クラスター間の不均一な電流は大きくなります。下の表に示す発電所の測定データでは、充電電流の差が75A（理論上の平均値と比較して偏差は42%）に達し、偏差電流によって一部のバッテリークラスターで過充電や過放電が発生し、充電および放電効率、バッテリー寿命に大きな影響を与え、重大な安全事故につながる可能性もあります。

2. 温度の変動による単細胞の分化促進と寿命短縮

温度は、エネルギー貯蔵システムの寿命に影響を与える最も重要な要素です。エネルギー貯蔵システムの内部温度が15℃上昇すると、システムの寿命は半分以下に短縮されます。リチウムイオン電池は充放電プロセス中に大量の熱を発生するため、個々の電池の温度差によって内部抵抗と容量のばらつきがさらに大きくなり、個々の電池の劣化が加速し、電池システムのサイクル寿命が短縮され、さらには安全上の危険を引き起こす可能性があります。

蓄電池の性能のばらつきにどう対処すればよいか？

バッテリーのばらつきは、現在のエネルギー貯蔵システムにおける多くの問題の根本原因となっています。バッテリーの化学的特性や使用環境の影響により、バッテリーのばらつきを完全に解消することは困難ですが、デジタル技術、パワーエレクトロニクス技術、エネルギー貯蔵技術を統合することで、電力の利用が可能になります。電子技術による制御性の向上は、リチウムイオンバッテリーのばらつきの影響を最小限に抑え、エネルギー貯蔵システムの利用可能容量を大幅に増加させ、システムの安全性を向上させることができます。

・アクティブバランシング技術は、個々のバッテリーの電圧と温度をリアルタイムで監視し、バッテリーの直列接続の不整合を最大限に排除し、エネルギー貯蔵システムの利用可能容量をライフサイクル全体で20%以上増加させます。

・エネルギー貯蔵システムの電気設計において、各バッテリー群の充放電管理は個別に行われ、バッテリー群は並列接続されないため、DCの並列接続によって引き起こされる循環問題を回避し、システムの利用可能容量を効果的に向上させます。

・エネルギー貯蔵システムの寿命を延ばすための精密な温度制御

各セルの温度はリアルタイムで収集・監視されます。3段階のCFD熱シミュレーションと大量の実験データを用いてバッテリーシステムの熱設計を最適化し、バッテリーシステムの各セル間の最大温度差を5℃未満に抑え、温度の不均一性によって生じるセル間のばらつきの問題を解決しました。

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