Litiumioniakun energiatiheys on korkea, joten turvallisuussyistä yleistä tilavuutta ei suunnitella liian suureksi, vaan useita yksittäisiä litiumrautafosfaattikennoja kytketään johtavien liittimien kautta sarjaan ja rinnan virtalähteeksi muodostaen aurinkolitium-akkumoduulin. Tässä on kuitenkin otettava huomioon johdonmukaisuusongelma.
Epäjohdonmukaisuusaurinkolitium-akkuParametreihin kuuluvat yleensä kapasiteetti, sisäinen vastus, avoimen piirin jännitteen epäjohdonmukaisuus ja akkukennon suorituskyvyn epäjohdonmukaisuus. Tuotantoprosessissa muodostuneet epäjohdonmukaisuudet pahenevat entisestään käytön aikana. Saman akun sisällä oleva kennon heikompi osa heikkenee ja heikkenee jatkuvasti. Parametrien hajonta monomeerikennojen välillä kasvaa ja ikääntymisaste syvenee.
Aiheeseen liittyvää luettavaa: Mitä on aurinkolitium-akun johdonmukaisuus?
Tässä artikkelissa esitellään epäjohdonmukaisia kennoja, kun niitä käytetään sarjaan ja yhdessä, mitä haittaa niistä aiheutuu litiumioniakulle ja miten meidän tulisi käsitellä epäjohdonmukaisten aurinkolitium-akkujen ongelmaa.
Mitkä ovat epäjohdonmukaisten aurinkolitiumparistojen vaarat?
Aurinkokäyttöisen litium-akkupaketin tallennuskapasiteetin menetys
Aurinkoenergialla toimivien litium-akkujen suunnittelussa kokonaiskapasiteetti on "tynnyriperiaatteen" mukainen, eli huonoimman litiumrautafosfaattikennonsa kapasiteetti määrää koko aurinkoenergialla toimivien litium-akkujen kapasiteetin. Ylikuormituksen ja ylipurkautumisen estämiseksi akun hallintajärjestelmä noudattaa seuraavaa logiikkaa:
Purkauduttaessa: kun yksittäisen kennon alin jännite saavuttaa purkauksen katkaisujännitteen, koko akkuyksikkö lakkaa purkautumasta;
Latauksen aikana: kun korkein yksittäinen jännite koskettaa latauksen katkaisujännitettä, lataus pysähtyy.
Lisäksi, kun pienemmän kapasiteetin akkua käytetään sarjassa suuremman kapasiteetin akkukennon kanssa, pienemmän kapasiteetin akku purkautuu aina täysin, kun taas suuremman kapasiteetin akkukenno käyttää aina osan kapasiteetistaan, jolloin koko akkupaketin kapasiteetista on aina osa lepotilassa.
Aurinkokäyttöisten litium-akkujen lyhyempi säilytysaika
Samoin elinikälitium-aurinkoakkuriippuu lyhimmän käyttöiän omaavasta litiumrautafosfaattikennosta. On todennäköistä, että lyhimmän käyttöiän omaava kenno on pienikapasiteettinen litiumrautafosfaattikenno. Pienemmän kapasiteetin LiFePO4-kenno on todennäköisesti ensimmäisenä käyttöikänsä lopussa, koska se latautuu ja purkautuu täyteen joka kerta. Kun litiumrautafosfaattikennoja hitsataan ryhmänä käyttöikänsä loppuun, koko aurinkolitium-akkupaketti seuraa myös käyttöikänsä loppua.
Aurinkoakkujen sisäisen resistanssin kasvu
Kun sama virta kulkee eri sisäisiä resistanssia omaavien kennojen läpi, suuremman sisäisen resistanssin omaava LiFePO4-kenno tuottaa enemmän lämpöä. Tämä johtaa korkeaan aurinkokennon lämpötilaan, mikä kiihdyttää heikkenemisnopeutta ja lisää entisestään sisäistä resistanssia. Sisäisen resistanssin ja lämpötilan nousun välille muodostuu negatiivinen takaisinkytkentäpari, joka kiihdyttää suuren sisäisen resistanssin omaavien kennojen heikkenemistä.
Yllä mainitut kolme parametria eivät ole täysin toisistaan riippumattomia, ja syvään ikääntyneillä kennoilla on suurempi sisäinen vastus ja enemmän kapasiteetin heikkenemistä. Vaikka nämä parametrit vaikuttavat toisiinsa, ne selittävät erikseen omat vaikutussuuntansa ja auttavat ymmärtämään paremmin aurinkolitium-akkujen epäjohdonmukaisuuden haitallisia vaikutuksia.
Miten käsitellä litium-aurinkokentojen epäjohdonmukaisuutta?
Lämmönhallinta
Vastauksena ongelmaan, että epätasaisen sisäisen resistanssin omaavat litiumrautafosfaattikennoja tuottavat eri määriä lämpöä, voidaan asennuttaa lämmönhallintajärjestelmä, joka säätelee lämpötilaeroa koko akkupaketissa siten, että lämpötilaero pysyy pienenä. Tällä tavoin, vaikka enemmän lämpöä tuottava kenno lämpötilannousu olisi edelleen korkea, se ei irtoa muista kennoista, eikä heikkenemistaso ole merkittävästi erilainen. Yleisiä lämmönhallintajärjestelmiä ovat ilmajäähdytteiset ja nestejäähdytteiset järjestelmät.
Lajittelu
Lajittelun tarkoituksena on erottaa litiumrautafosfaattikennojen eri parametrit ja erät valinnan avulla. Vaikka litiumrautafosfaattikennojen erä olisi sama, on myös seulottava litiumrautafosfaattikennojen suhteellisen pitoisuuden parametrit akussa, akkupakkauksessa. Lajittelumenetelmiin kuuluvat staattinen lajittelu ja dynaaminen lajittelu.
Tasoitus
Litiumrautafosfaattikennojen epäjohdonmukaisuuden vuoksi joidenkin kennojen napajännite on muita edellä ja saavuttaa ensin ohjauskynnyksen, mikä johtaa koko järjestelmän kapasiteetin pienenemiseen. Akun hallintajärjestelmän BMS:n tasaustoiminto voi ratkaista tämän ongelman erittäin hyvin.
Kun litiumrautafosfaattikenno saavuttaa ensimmäisenä latauksen katkaisujännitteen, kun taas muun litiumrautafosfaattikennojännitteen odotetaan jäävän jälkeen, BMS käynnistää latauksen tasaustoiminnon eli vastuksen purkaakseen osan korkeajännitteisen litiumrautafosfaattikennotehosta tai siirtääkseen energian matalajännitteiseen litiumrautafosfaattikennoon. Tällä tavoin latauksen katkaisuehto poistuu, latausprosessi alkaa uudelleen ja akkupakettia voidaan ladata lisää.
Julkaisun aika: 03.09.2024