ما هي مخاطر بطاريات الليثيوم الشمسية غير المتناسقة؟

كثافة طاقة بطارية الليثيوم أيون عالية، ولأسباب تتعلق بالسلامة لن يتم تصميم الحجم العام كبيرًا جدًا، ولكن عددًا من خلايا فوسفات الحديد الليثيوم الفردية من خلال الموصلات الموصلة على التوالي وبالتوازي في مصدر الطاقة، لتشكيل وحدة بطارية ليثيوم شمسية، ومع ذلك، هذا يحتاج إلى مواجهة مشكلة الاتساق.

عدم الاتساقبطارية ليثيوم تعمل بالطاقة الشمسيةتتضمن المعلمات عادة السعة، والمقاومة الداخلية، وعدم تناسق جهد الدائرة المفتوحة، وعدم تناسق أداء خلية البطارية، التي تشكلت في عملية الإنتاج، وسوف تتفاقم أكثر في عملية الاستخدام، نفس حزمة البطارية داخل الخلية، الأضعف هو دائما أضعف وتسارع لتصبح أضعف ودرجة تشتت المعلمات بين خلية المونومر، مع تعميق درجة الشيخوخة وتصبح أكبر.

قراءة ذات صلة: ما هو اتساق بطارية الليثيوم الشمسية؟

ستقدم هذه المقالة الخلايا غير المتناسقة عند استخدامها على التوالي ومعا، وما الضرر الذي سيلحق بمجموعة بطاريات الليثيوم أيون وكيف يجب علينا التعامل مع مشكلة بطاريات الليثيوم الشمسية غير المتناسقة.

ما هي مخاطر بطاريات الليثيوم الشمسية غير المتناسقة؟

فقدان سعة تخزين حزمة بطارية الليثيوم الشمسية

في تصميم بطاريات الليثيوم الشمسية، تتوافق السعة الإجمالية مع مبدأ "البرميل"، حيث تُحدد سعة أسوأ خلية فوسفات حديد الليثيوم سعة البطارية بأكملها. ولمنع الشحن الزائد والتفريغ الزائد، يعتمد نظام إدارة البطارية على المنطق التالي:

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

بالإضافة إلى ذلك، عندما يتم استخدام خلية البطارية ذات السعة الأصغر على التوالي مع خلية البطارية ذات السعة الأكبر، فإن خلية البطارية ذات السعة الأصغر ستكون دائمًا فارغة تمامًا، بينما ستستخدم خلية البطارية ذات السعة الأكبر دائمًا جزءًا من سعتها، مما يؤدي إلى أن يكون لسعة حزمة البطارية بأكملها دائمًا جزء من سعتها في حالة خمول.

انخفاض عمر تخزين بطاريات الليثيوم الشمسية

وبالمثل، فإن عمربطارية الليثيوم الشمسيةيعتمد ذلك على خلية فوسفات حديد الليثيوم ذات أقصر عمر افتراضي. من المرجح أن تكون الخلية ذات أقصر عمر افتراضي هي خلية فوسفات حديد الليثيوم ذات السعة المنخفضة. من المرجح أن تكون خلية LiFePO4 ذات السعة المنخفضة أول من يصل إلى نهاية عمرها الافتراضي، نظرًا لشحنها وتفريغها بالكامل في كل مرة. عند لحام مجموعة خلايا فوسفات حديد الليثيوم عند نهاية عمرها الافتراضي، ستتبعها مجموعة بطاريات الليثيوم الشمسية بأكملها.

زيادة المقاومة الداخلية لمجموعات البطاريات الشمسية

عندما يتدفق التيار نفسه عبر خلايا ذات مقاومات داخلية مختلفة، تُولّد خلية LiFePO4 ذات المقاومة الداخلية الأعلى حرارةً أكبر. يؤدي هذا إلى ارتفاع درجة حرارة الخلية الشمسية، مما يُسرّع من معدل التلف ويزيد من مقاومتها الداخلية. يتشكل تفاعلان سلبيان بين المقاومة الداخلية وارتفاع درجة الحرارة، مما يُسرّع من تلف الخلايا ذات المقاومة الداخلية العالية.

المعلمات الثلاثة المذكورة أعلاه ليست مستقلة تمامًا، فالخلايا ذات الشيخوخة العميقة تتميز بمقاومة داخلية أعلى وتدهور أكبر في السعة. على الرغم من أن هذه المعلمات تؤثر على بعضها البعض، إلا أنها تشرح بشكل منفصل اتجاه تأثيرها، مما يساعد على فهم أضرار عدم اتساق بطاريات الليثيوم الشمسية بشكل أفضل.

كيفية التعامل مع عدم تناسق بطارية الليثيوم الشمسية؟

الإدارة الحرارية

لمعالجة مشكلة توليد خلايا فوسفات حديد الليثيوم ذات المقاومة الداخلية غير المستقرة كميات متفاوتة من الحرارة، يمكن دمج نظام إدارة حرارية لتنظيم فرق درجة الحرارة عبر حزمة البطارية بأكملها، بحيث يبقى فرق درجة الحرارة ضمن نطاق ضيق. بهذه الطريقة، حتى لو ارتفعت درجة حرارة الخلية التي تولد حرارة أكبر، فلن تبتعد عن الخلايا الأخرى، ولن يختلف مستوى التلف بشكل كبير. تشمل أنظمة الإدارة الحرارية الشائعة أنظمة التبريد بالهواء والسائل.

فرز

الغرض من الفرز هو فصل معلمات ودفعات مختلفة من خلايا بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم من خلال الاختيار. حتى لو كانت نفس الدفعة من خلايا فوسفات الحديد الليثيوم، فيجب أيضًا فحص معلمات التركيز النسبي لخلايا فوسفات الحديد الليثيوم في حزمة البطارية. تشمل طرق الفرز الفرز الثابت والفرز الديناميكي.

المعادلة

بسبب عدم تناسق خلايا فوسفات حديد الليثيوم، يتقدم جهد طرف بعض الخلايا على جهد الطرف الآخر ويصل إلى حد التحكم أولاً، مما يؤدي إلى انخفاض سعة النظام بأكمله. تُسهم وظيفة معادلة نظام إدارة البطاريات (BMS) في حل هذه المشكلة بكفاءة عالية.

عندما تصل خلية بطارية فوسفات الحديد الليثيوم أولاً إلى جهد قطع الشحن، بينما يتأخر جهد باقي خلايا بطارية فوسفات الحديد الليثيوم، يبدأ نظام إدارة البطارية (BMS) وظيفة معادلة الشحن، أو الوصول إلى المقاوم، لتفريغ جزء من طاقة خلية بطارية فوسفات الحديد الليثيوم عالية الجهد، أو نقل الطاقة إلى خلية بطارية فوسفات الحديد الليثيوم منخفضة الجهد. بهذه الطريقة، يُرفع حد قطع الشحن، وتبدأ عملية الشحن مرة أخرى، ويمكن شحن حزمة البطارية بطاقة أكبر.