그만큼배터리 시스템이는 전체 에너지 저장 시스템의 핵심으로, 수백 개의 원통형 셀로 구성됩니다.프리즘형 세포직렬 및 병렬 연결 시 에너지 저장 배터리의 불일치는 주로 배터리 용량, 내부 저항, 온도 등의 매개변수 불일치를 의미합니다. 불일치가 있는 배터리를 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용할 경우 다음과 같은 문제가 발생합니다.

1. 가용 용량 손실

에너지 저장 시스템에서 개별 셀은 직렬 및 병렬로 연결되어 배터리 박스를 형성하고, 배터리 박스는 직렬 및 병렬로 연결되어 배터리 클러스터를 형성하며, 여러 개의 배터리 클러스터는 동일한 DC 모선에 병렬로 직접 연결됩니다. 배터리 불일치로 인해 사용 가능한 용량 손실이 발생하는 원인에는 직렬 불일치와 병렬 불일치가 있습니다.

•배터리 직렬 연결 불일치로 인한 손실
배럴 원리에 따르면 배터리 시스템의 직렬 용량은 용량이 가장 작은 단일 배터리에 따라 결정됩니다. 단일 배터리 자체의 불일치, 온도 차이 및 기타 변동 요인으로 인해 각 단일 배터리의 가용 용량은 서로 다릅니다. 용량이 작은 단일 배터리는 충전 시 완전히 충전되고 방전 시 완전히 방전되어 시스템 내 다른 단일 배터리의 충전 및 방전 용량을 제한하게 되므로 배터리 시스템의 가용 용량이 감소합니다. 효과적인 균형 관리가 이루어지지 않으면 작동 시간이 증가함에 따라 단일 배터리 용량의 감소 및 차이 현상이 심화되어 배터리 시스템의 가용 용량 감소 속도가 더욱 빨라집니다.

•배터리 클러스터 병렬 불일치 손실

배터리 클러스터를 직접 병렬로 연결하면 충방전 후 순환 전류 현상이 발생하여 각 배터리 클러스터의 전압이 강제로 균형을 이루게 됩니다. 이러한 불균형적인 방전은 배터리 용량 손실과 온도 상승을 초래하고, 배터리 수명 단축을 가속화하며, 배터리 시스템의 가용 용량을 감소시킵니다.

또한, 배터리의 내부 저항이 작기 때문에 클러스터 간 전압 차이가 불과 몇 볼트에 불과하더라도 클러스터 간 전류 불균형은 크게 발생할 수 있습니다. 아래 표의 한 발전소 측정 데이터에서 볼 수 있듯이, 충전 전류 차이는 75A에 달하며(이론 평균 대비 42% 편차), 이러한 전류 불균형은 일부 배터리 클러스터의 과충전 및 과방전을 유발하여 충방전 효율과 배터리 수명에 심각한 영향을 미치고, 나아가 심각한 안전사고로 이어질 수 있습니다.

2. 불규칙한 온도로 인한 단일 세포의 분화 촉진 및 수명 단축

온도는 에너지 저장 시스템의 수명에 가장 큰 영향을 미치는 요소입니다. 에너지 저장 시스템의 내부 온도가 15°C 상승하면 시스템 수명이 절반 이상 단축됩니다. 리튬 배터리는 충전 및 방전 과정에서 많은 열을 발생시키는데, 배터리 내부의 온도 차이는 내부 저항과 용량의 불균형을 더욱 심화시켜 배터리 성능 저하를 가속화하고, 배터리 시스템의 수명 주기를 단축시키며, 심지어 안전상의 위험을 초래할 수도 있습니다.

에너지 저장 배터리의 불일치 문제를 어떻게 해결해야 할까요?

배터리 품질 불균형은 현재 에너지 저장 시스템에서 발생하는 여러 문제의 근본 원인입니다. 배터리의 화학적 특성과 사용 환경의 영향으로 품질 불균형을 완전히 제거하기는 어렵지만, 디지털 기술, 전력 전자 기술, 에너지 저장 기술을 통합하여 전력을 효율적으로 활용할 수 있습니다. 전자 기술의 제어 가능성을 통해 리튬 배터리 품질 불균형의 영향을 최소화함으로써 에너지 저장 시스템의 유효 용량을 크게 늘리고 시스템 안전성을 향상시킬 수 있습니다.

• 능동형 밸런싱 기술은 각 배터리의 전압과 온도를 실시간으로 모니터링하여 배터리 직렬 연결 시 발생하는 불일치를 최대한 제거하고, 에너지 저장 시스템의 전체 수명 주기 동안 사용 가능한 용량을 20% 이상 증가시킵니다.

•에너지 저장 시스템의 전기 설계에서 각 배터리 클러스터의 충방전 관리는 개별적으로 수행되며, 배터리 클러스터는 병렬로 연결되지 않습니다. 이는 직류 병렬 연결로 인한 순환 문제를 방지하고 시스템의 가용 용량을 효과적으로 향상시킵니다.

•정밀한 온도 제어를 통해 에너지 저장 시스템의 수명을 연장합니다.

각 셀의 온도는 실시간으로 수집 및 모니터링됩니다. 3단계 CFD 열 시뮬레이션과 방대한 실험 데이터를 통해 배터리 시스템의 열 설계를 최적화하여 배터리 시스템 내 각 셀 간의 최대 온도 차이를 5°C 미만으로 줄이고, 온도 불일치로 인한 셀 성능 저하 문제를 해결합니다.

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