Dans des scénarios tels que l'onduleur (alimentation électrique sans interruption) et la régulation de la fréquence du réseau dans les centres de données, les batteries au lithium montées à rack doivent résister à des dizaines ou même des centaines de cycles de charge et de déchargement élevés de chargement - et de décharge par jour. Les conceptions traditionnelles peuvent facilement entraîner une polarisation cellulaire accrue et une durée de vie raccourcie. Les fabricants mondiaux ont amélioré la structure des cellules de la batterie, optimisé l'algorithme BMS et mis à niveau le système de refroidissement pour garantir que les batteries de lithium montées à racuage maintiennent une longue durée de vie et une forte fiabilité même sous un cycle de fréquence élevé -, répondant aux exigences strictes de "réponse rapide et de charge et de désactivation fréquents" dans des scénarios critiques.
1 Structure de cellule: conception de la couche inférieure adaptée à un cycle de fréquence élevé -
La solution «Électrode mince et réseau de conductivité élevé» de la Corée du Sud. Samsung a développé 21700 cellules de batterie ternaire pour les scénarios de régulation de la fréquence du réseau, qui utilisent un "revêtement d'électrode positif mince" (épaisseur réduite de 120 μm à 80 μm) pour raccourcir le chemin de migration des ions au lithium (distance de migration réduite de 33%) et réduire le tension de polarisation pendant la haute - chargement de fréquence et de désactivation (de 0,1v) .15v). Dans le même temps, des nanotubes de carbone (CNT, contenu 2%) ont été ajoutés à l'électrode pour construire un réseau conducteur dimensionnel de trois -, ce qui a augmenté le taux de conduction électronique de 50%. Le taux de rétention de capacité a atteint 90% pendant la charge et la décharge de 10 ° C, ce qui était 20% plus élevé que les cellules de batterie traditionnelles. Le test d'un certain projet de régulation de fréquence du réseau électrique montre que la cellule de la batterie maintient un taux de rétention de capacité de 80% après 5000 cycles de charge 1C et de décharge 100 fois par jour, répondant à l'exigence de durée de vie à 5 ans de la régulation de fréquence du réseau électrique.
La technologie de la «pré-liguration et du double électrolyte» de la Chine. Une certaine entreprise, en réponse à la demande de charge de chariot de fréquence élevée -, le traitement de la pré-ligation de la pré-ligation de l'électrode négative "sur les batteries de phosphate de fer au lithium (compensant le premier cycle de perte de cycle), atteignant une première efficacité de décharge de charge de 98% et réduisant le risque de la foration de la dendrisation au lithium pendant une forte {{4}. Dans le même temps, le système d'électrolyte double "carbonate + carboxylate" (rapport de volume 7: 3) est utilisé pour améliorer la conductivité ionique (15 ms / cm, 30% plus élevée que l'électrolyte traditionnel) et la résistance à l'oxydation de l'électrolyte. Sous une température élevée et une charge de flotteur de fréquence élevée - (0,1c) à 50 degrés, la capacité de la cellule de la batterie diminue de seulement 10% après 10000 cycles, ce qui est 50% inférieur à la solution traditionnelle. L'application d'un centre de supercalculateur à Shenzhen montre que le rack monté UPS utilisant cette cellule de batterie a réduit le nombre moyen d'échecs de 3 à 0,5 par an, avec une disponibilité de 99,999%.
2 BMS Algorithme: Ajustez dynamiquement pour faire face aux fluctuations de fréquence élevées -
The "pulse equalization" algorithm in the United States. To address the issue of battery imbalance caused by high-frequency charging and discharging, a "pulse balancing" strategy has been developed: when a voltage difference of over 50mV is detected in the battery cells, a 10% duty cycle pulse current (0.5C) is used to recharge the low-voltage cells while discharging the high-voltage cells. The balancing time is shortened by 80% compared to traditional passive balancing. This algorithm can also dynamically adjust the balance threshold based on the charging and discharging frequency - during high-frequency cycles (>50 fois par jour), le seuil tombe à 30 mV pour empêcher le déséquilibre d'aggraver à l'avance; Lors du vélo à basse fréquence (<10 times per day), the threshold is raised to 80mV to reduce balanced energy consumption. The actual measurement of a frequency regulation energy storage project in a power grid in Texas shows that the algorithm controls the capacity difference between cells within 3% and extends the system life by 20% under high-frequency cycling.
Germany's "temperature power" dynamic matching algorithm. BMS monitors the temperature of each battery cell in real-time (sampling frequency 1kHz) and dynamically adjusts the charging and discharging power according to the temperature: when the battery cell temperature is less than 10 ℃, the power is limited to 0.5C to avoid irreversible damage caused by low-temperature and high-frequency charging and discharging; When the temperature is between 10 ℃ and 45 ℃, it is allowed to operate at full power (1C); >À 45 degrés, lancez un dénorage (10% pour une augmentation de 5 degrés) tout en améliorant la dissipation de la chaleur. This algorithm can also learn the charging and discharging rules, such as identifying the "high-frequency discharge during the day and low-frequency charging at night" mode of data center UPS, preheating or cooling the battery cells in advance at night, ensuring that the temperature is in the optimal range (25-35℃) during Fonctionnement de fréquence élevé - pendant la journée. L'application dans un centre de données à Munich montre que l'algorithme réduit la fluctuation moyenne de la température des cellules de la batterie de ± 8 degrés à ± 3 degrés et augmente la durée de vie du cycle à haute fréquence de 15%.
3 Système de refroidissement: refroidissement rapide pour supprimer le chauffage de fréquence élevé -
Conception du "refroidissement liquide des microcanaux" de la Chine. In response to the high heat generation caused by high-frequency charging and discharging (1C charging and discharging heat generation power of 50W/L), rack mounted lithium batteries use "microchannel aluminum tubes" (inner diameter of 2mm, spacing of 5mm) embedded between battery clusters, and circulate heat through ethylene glycol aqueous solution (flow rate of 5L / min). L'efficacité de dissipation de la chaleur est trois fois plus élevée que le refroidissement à l'air traditionnel. Le tube en aluminium microcanal est en contact direct avec la cellule de la batterie (avec une zone de contact allant jusqu'à 90%), ce qui peut rapidement éliminer la chaleur de surface de la cellule de la batterie. Pendant 1C HIGH - Charge et décharge de fréquence, la différence de température de la cellule de la batterie est contrôlée à 3 degrés, ce qui est 60% inférieur à la solution refroidie par air -. Les tests dans un centre de données financières à Pékin ont montré que le système de refroidissement permet aux batteries de lithium montées à rack pour maintenir une température maximale de pas plus de 40 degrés après 50 1} C et décharges par jour, avec une durée de vie du cycle de 25% par rapport aux solutions refroidies à air -.
La dissipation de chaleur composite du "changement de phase + convection naturelle" en Europe. Pour les scénarios de fréquence - faibles - - (tels que les petites stations de base de communication), "Le matériau de changement de phase (PCM) + convection naturelle" est adopté par la paraffine PCM à base de paraffine (point de fusion 38 degré) est rempli dans l'espace cellulaire pour absorber la chaleur à chaleur ({6}}. Lorsque le PCM fond, la dissipation de chaleur naturelle de la convection est effectuée à travers les trous de ventilation sur le dessus du rack (sans avoir besoin d'un ventilateur). Cette conception n'a pas de pièces mobiles, une réduction de 90% du taux de défaillance par rapport au refroidissement du liquide et une consommation d'énergie zéro. L'application d'une station de base de communication à Berlin montre que moins de 30 cycles de charge de 0,5 C et de décharge par jour, le système de refroidissement stabilise la température des cellules de la batterie à moins de 42 degrés, répondant pleinement aux exigences de fiabilité de la station de base et économisant 1200 kWh d'électricité par an.
La charge de fréquence élevée - et l'optimisation de décharge des batteries au lithium montées à rack élargissent leur application dans le domaine du "stockage d'énergie rapide". À l'avenir, avec l'intégration des batteries d'état solides - (avec une durée de vie de fréquence élevée - supérieure à 100000 fois) et une gestion thermique de l'AI (dissipation de chaleur prédictive), une triple percée de la fréquence «{5}}, à une forte sécurité, à fournir des solutions plus efficaces et plus efficaces pour la hauteur et la fréquence». Scénarios de stockage d'énergie tels que les centres de données, la régulation de la fréquence du réseau électrique et le transit ferroviaire.