Fifantenana ny rafitry ny bateria ho an'ny toe-javatra famandrihana sy famoahana herinaratra avo lenta: Fametrahana sa fanidiana?

Niorina tamin'ny taona 2002, manampahaizana manokana amin'ny famokarana fitaovam-pifandraisana sy ny fampidirana fitahirizana angovo, ary mpiara-miombon'antoka azo itokisana amin'ireo mpandraharaha fifandraisan-davitra lehibe efatra any Shina.

Rehefa tsy maintsy manome herinaratra avo lenta, valiny mitovy amin'ny milisegondra, ary fiasana maharitra ny rafitra fitahirizana angovo iray, dia tsy olana amin'ny fizotran'ny famokarana fotsiny intsony ny famolavolana ny rafitry ny bateria. Fa kosa, lasa masontsivana fototra amin'ny rafitra izay mamaritra ny fanaraha-maso ny fanoherana anatiny, ny fahombiazan'ny fitantanana ny hafanana, ary ny androm-piainan'ny tsingerina. Indrindra amin'ny toe-javatra misy ny fiampangana/famoahana. 3C–10C sy ambony, ny firafitry ny sela anatiny dia misy fiantraikany mivantana amin'ny fizarana fanoherana, ny polarisation elektrokimia, ny lalan'ny fiparitahan'ny hafanana, ary ny fitantanana ny fihenjanana mekanika.

Ho an'ireo injeniera mirotsaka amin'ny fisafidianana rafitra fitahirizana angovo, ny fahatakarana ny fahasamihafana fototra eo amin'ny bateria lithium stacked sy sela ratra ao anatin'ny fepetra fiasana avo lenta dia tena ilaina mba hahazoana famolavolana rafitra azo itokisana.

Ity lahatsoratra ity dia mamakafaka ara-teknika ny fahombiazan'ny karazana samihafa rafitra bateria amin'ny fampiharana avo lenta avy amin'ny fomba fijery maro, anisan'izany ny lalan'ny courant, ny impedance elektrokimia, ny fitondran-tena thermodynamic, ny stress ara-drafitra, ary ny fifanarahana amin'ny fampidirana rafitra. Mikaroka ihany koa ny lanjan'ny injeniera azo ampiharina amin'ny famolavolana vokatra fitahirizana angovo tena izy.

1. Mekanisma fampifandraisana elektrosimika-drafitra amin'ny fepetra avo lenta

Ao anatin'ny fepetra ambany (≤1C), ny fatiantoka voltazin'ny bateria dia avy amin'ny fanoherana anatiny an'ny fitaovana sy ny fanoherana ny fitaterana ionika an'ny elektrolita, raha toa kosa ka voafetra ihany ny fiantraikan'ny fahasamihafan'ny rafitra.
Na izany aza, rehefa mihoatra ny tahan'ny 3C, fanoherana ohmika (Rₒ), fanoherana ny famindrana fiampangana (Rct), ary mitombo haingana ny polarisation-n'ny fifantohana, ary manomboka mipoitra ny olan'ny fizarana tsy mitovy ny courant ao anatin'ny sela.

Azo aseho toy izao ny voltazy terminal an'ny bateria:

izay Rₒ dia mifandray akaiky amin'ny halavan'ny lalan'ny courant ao amin'ny mpanangona courant elektroda.

Ao amin'ny rafitra misy ratra, ny herinaratra dia alefa manaraka ny halavan'ny takelaka elektroda, ka miteraka lalana fitaterana elektrôna lava kokoa. Mifanohitra amin'izany kosa, ny rafitra misy rafitra mifanongoa dia mampiasa takelaka maromaro mifamatotra mifanitsy mba hanasarahana ny herinaratra, ka mamela azy handalo amin'ny elektroda amin'ny lalana matevina, ka mampihena be ny halaviran'ny fitaterana elektrôna. Eo ambanin'ny fivoahan'ny herinaratra avo lenta, io fahasamihafan'ny lalan'ny herinaratra io dia hita taratra mivantana amin'ny fihenan'ny voltase sy ny hamafin'ny famokarana hafanana.

Matetika ny fitsapana ara-teknika dia mampiseho fa rehefa mitombo ny tahan'ny fivoahan'ny rano avy amin'ny 1C mankany 5C,
Ny fiolahana fiakaran'ny mari-pana amin'ny sela ratra dia manana fironana mideza kokoa noho ny an'ny sela mifanongoa, izay manondro
fifantohana miharihary kokoa amin'ny hakitroky ny courant anatiny. Ity fiantraikan'ny fifantohana ity dia tsy vitan'ny hoe misy fiantraikany eo no ho eo
fahombiazana, fa manafaingana ny fahasimban'ny sarimihetsika SEI ihany koa, ka mampihena ny androm-piainan'ny tsingerina.

2. Toetra ara-teknika sy fetra avo lenta amin'ny rafitry ny ratra

Ny fizotran'ny famolahana no fomba ara-teknolojia matotra indrindra amin'ny indostrian'ny bateria lithium ary mety tsara indrindra amin'ny sela cylindrical sy sela prismatic sasany. Ny tena mampiavaka azy dia ny hoe ny cathode, separator, ary anode dia mihodinkodina tsy tapaka araka ny filaharan'ny katôda–mpisaraka–anoda–mpisaraka mba hamorona rafitra jelly-roll.

Ity endrika ity dia manolotra tombony maro, anisan'izany fahombiazana avo lenta amin'ny famokarana, fitaovana matotra, vidiny azo fehezina, ary tsy miovaova tsara.

Na izany aza, rehefa ampiasaina amin'ny tahan'ny avo lenta, ny rafitry ny ratra dia miatrika fetra ara-batana maromaro izay sarotra ialana.

voalohany, endrika takelaka tokana na takelaka voafetra dia mety hitarika amin'ny fifantohana amin'ny herinaratra. Rehefa mandalo ao amin'ny sela ny herinaratra avo dia avo, dia mirona hikoriana manokana amin'ny faritra akaikin'ny takelaka ny herinaratra, ka mamorona toerana mafana eo an-toerana.

Faharoa, ny fisian'ny afovoany poakaty mampihena ny fampiasana betsaka, ka mametra ny fahafahana hanatsarana bebe kokoa ny hakitroky ny angovo.

Fahatelo, ny fiondrika ny takelaka elektroda mandritra ny fizotran'ny fihodinam-bolo dia mampiditra fihenjanana mekanika sisa tavela, izay mahatonga ny fihintsanan'ny akora mavitrika ho azo inoana kokoa mandritra ny tsingerina matetika amin'ny tahan'ny avo.

Na dia afaka manamaivana ny sasany amin'ireo olana ireo aza ny teknolojia "multi-tab winding" sy "pre-bending", dia mbola miteraka lalan'ny fitaterana elektrôna lava ihany ny rafitra anatiny ary mahatonga azy ho sarotra ny mampihena be ny fanoherana anatiny. Noho izany, amin'ny fampiharana izay ny fahombiazana avo lenta no tanjona voalohany, dia miova tsikelikely ny rafitra "wound" ho rafitra mifanongoa.

3. Tombontsoa ara-drafitra sy fototra ara-batana amin'ny bateria litiôma mifanongoa

Batterie lithium miangona dia amboarina amin'ny alàlan'ny fametrahana katôda, mpanasaraka, ary anoda tsirairay. Ny tombony fototra ananan'izy ireo dia ny lalana ankehitriny nohatsaraina sy fizarana fihenjanana mitovy kokoa.

Voalohany, raha jerena ny fizarana ny herinaratra, ny rafitra mifanongoa dia mazàna mampiasa takelaka maromaro mifanitsy, ahafahana mizara tsara kokoa ny herinaratra manerana ny velaran'ny elektroda. Mandalo ny sosona elektroda amin'ny lalana matevina ny herinaratra, ka mampihena be ny lalana ary mampihena ny fanoherana ohmika. Amin'ny tranga famoahana etsy ambony 5C, dia miharihary indrindra ny fanatsarana ny fihenan'ny voltase vokatr'izany.

Faharoa, raha ny momba ny fitantanana ny hafanana, ny fandaminana sosona amin'ny rafitra mifanongoa dia ahafahan'ny famokarana hafanana ho mitovy kokoa, sady manafoana ny faritra miangona hafanana vokatry ny fotony poakaty ao amin'ny sela ratra. Ity fizarana hafanana mitovy kokoa ity dia mampihena ny mety hisian'ny hafanana be loatra eo an-toerana ary manome fototra tsara kokoa ho an'ny sehatry ny hafanana ho an'ny famolavolana rafitra fampangatsiahana ranoka na fampangatsiahana rivotra amin'ny ambaratonga môdely.

Fahatelo, raha ny amin'ny fahamarinan-toerana mekanika, ny rafitra mifanaingina dia misoroka ny fiolahana elektrôda ary manome fizarana fihenjanana mitovy kokoa.
Mandritra ny tsingerina haingam-pandeha, mitombo ny fatran'ny fanitarana sy ny fihenan'ny elektrôda. Ny endrika mihantona dia afaka mampihena ny mety hisian'ny fiovaovan'ny endrika mpanasaraka sy ny fizaran-tany fohy kely vokatry ny fifantohana amin'ny fihenjanana. Ny angon-drakitra andrana dia mampiseho fa, eo ambanin'ny rafitra fitaovana mitovy, ny sela mihantona dia mazàna mampiseho mihoatra ny 10% ny tahan'ny fitazonana fahafahana noho ny sela ratra amin'ny fitiliana tsingerina avo lenta.

4. Ny lanjan'ny hakitroky ny angovo sy ny fampiasana ny habaka amin'ny ambaratongan'ny rafitra

Ao amin'ny famolavolana rafitra fitahirizana angovo, ny hakitroky ny angovo dia tsy ny masontsivana ao amin'ny sela tokana ihany no misy fiantraikany, fa koa amin'ny famolavolana kabinetra amin'ny ankapobeny sy ny toekarena amin'ny tetikasa. Ny fotony poakaty afovoan'ny sela voadona dia mampihena ny fampiasana volumetric, raha toa kosa ny rafitra mifanongoa dia manatsara ny fahombiazan'ny famenoana toerana amin'ny alàlan'ny fifanongoaana sosona fisaka.

Na ny teoria na ny fampiharana azo ampiharina dia samy manondro fa ny rafitra mifanongoa dia afaka mahatratra eo amin'ny hakitroky ny angovo volumetrika ambony kokoa 5%–10%.

Ho an'ny rafitra fitahirizana angovo ara-barotra sy indostrialy, ity fanatsarana ity dia midika hoe:

• ambony kWh/m³
• Endrika kabinetra fitahirizana kely kokoa
• Filàna toerana ambany kokoa ho an'ny efitrano fitaovana
• Rafitra tsara kokoa amin'ny fitaterana sy ny fametrahana

Rehefa mahatratra ny ambaratongan'ny rafitra ny Haavon'ny MWh, ny fanatsarana ny fampiasana ny habaka ateraky ny fahasamihafan'ny rafitra dia azo ovaina ho tombony lehibe amin'ny fandaniana ara-teknika.

5. Ireo fanamby ara-teknika amin'ny fizotran'ny "stacking" sy ireo fironana eo amin'ny indostria

Mitaky fahamarinan-toerana avo lenta amin'ny fitaovana ny dingana fametrahana, miadana kokoa ny fotoana famokarana raha oharina amin'ny famolahana, ary mitaky fampiasam-bola amin'ny fitaovana voalohany ambony kokoa. Na izany aza, rehefa matotra ny milina fanangonan-javatra haingam-pandeha, rafitra fandrindrana fahitana, ary fitaovana fanapahana sy fanangonan-javatra mitambatra, nihatsara be ny fahombiazany. Ny fitaovana mandroso sasany dia efa nitondra ny fahombiazan'ny fampiarahana ho akaiky ny an'ny fizotran'ny fihodinam-bolo.

Ankoatra izany, ny fipoiran'ny teknolojia elektroda maina sy Teknolojia mitambatra hybrid stack-wind dia ahafahan'ny rafitra mifanongoa mitazona ny tombony azo avy amin'ny fahombiazana sady mampihena tsikelikely ny elanelan'ny vidiny.

Ny fifaninanana amin'ny ho avy dia tsy ho resaka fampiarahana sy fanindronana fotsiny intsony, fa fikarohana ny fifandanjana tsara indrindra eo amin'ny fahombiazana sy fahombiazana amin'ny famokarana.

6. Avy amin'ny firafitry ny sela ka hatramin'ny fampidirana injeniera amin'ny ambaratonga rafitra

Ao anatin'ny fampiharana fitahirizana angovo, ny fisafidianana ny rafitry ny sela dia tsy maintsy dinihina miaraka amin'ny famolavolana amin'ny ambaratongan'ny rafitra.

Ireo sela miangona ambany fanoherana dia miasa tsara kokoa amin'ny toe-javatra fanitarana mifanitsy, manolotra tsy fiovaovan'ny voltase tsara kokoa ary manamora ny asan'ny BMS. Tombanana sy fanaraha-maso ny fandanjana SOC. Mandritra izany fotoana izany, ny toetran'ny fizarazarana mafana ao aminy dia mifanaraka kokoa amin'ny filàna famenoana/famoahana haingana amin'ny rafitra inverter mahery vaika.

Ao amin'ny famolavolana rafitra fitahirizana angovo modular anay, dia mampiasa vahaolana amin'ny bateria lithium-ion azo ampiarahana izay mampifangaro rafitra sela avo lenta miaraka amin'ny BMS marani-tsaina mba hahazoana fanitarana fahafaha-mihetsika mora ampiasaina sy vokatra avo lenta azo antoka. Manohana ny famandrihana sy ny famoahana haingana ny rafitra, manana tsingerina maharitra ary tsy dia mila fikojakojana firy, ary mety amin'ny fitahirizana angovo ara-barotra sy indostrialy, fampidirana fitahirizana PV, ary fampiharana herinaratra backup avo lenta.

Ny endrika modular dia tsy vitan'ny hoe mampihena ny tsindry amin'ny fampiasam-bola mialoha, fa mahatonga ny fanitarana ny fahafaha-manao ho mora kokoa amin'ny ho avy ihany koa.

7. Lojika fanapahan-kevitra ara-injeniera ho an'ny fisafidianana rafitra

Amin'ny fampiharana ny injeniera, ny fisafidianana ny rafitra dia tokony hotombanana amin'ny fomba feno mifototra amin'ireto refy manaraka ireto:

• Raha toa ka ny fampiharana no tena vidiny mirary sy saro-pady, ny rafitry ny ratra dia manolotra ny tombony azo amin'ny fahamatorana sy ny fahombiazany.
• Raha mitaky ny rafitra fitempon'ny herinaratra matetika, fahafahana mameno/mivoaka haingana, na faharetan'ny tsingerina, ny rafitra mifanaingina dia manolotra tombony ara-teknika matanjaka kokoa.
• Raha toa ka mitohy ny tetikasa hakitroky ny herinaratra avo lenta sy endrika mirindra kokoa, ny rafitra mifanaingina dia tsara kokoa raha ny amin'ny fampiasana toerana sy ny fitantanana ny hafanana.

Ny votoatin'ny fampiharana avo lenta dia laharam-pahamehana amin'ny herinaratra fa tsy laharam-pahamehana amin'ny fahafaha-mamokatra.
Rehefa miova avy amin'ny fitahirizana angovo tsotra mankany amin'ny fanohanana herinaratra sy ny valinteny dinamika ny tanjon'ny rafitra, dia ny safidy rafitra bateria tsy maintsy mihetsika mankany amin'ny fanoherana anatiny ambany kokoa ary fitoviana ambony kokoa.

Ny rafitra dia fifaninanana amin'ny vanim-potoana avo lenta

Miaraka aminy lalan'ny herinaratra fohy kokoa, fizarana hafanana mitovy kokoa, ary fahamarinan-toerana mekanika tsara kokoa, ny bateria lithium misy rafitra dia ampiasaina miely patrana kokoa hatrany amin'ny fampiharana avo lenta.

Ho an'ireo orinasa mikasa rafitra fitahirizana angovo na manavao ny vokatra vokariny, ny fisafidianana ny rafitry ny bateria mety dia tsy olana ara-teknika fotsiny ihany, fa raharaha mahakasika ny fahatokisana maharitra sy ny tombom-barotra azo avy amin'ny fampiasam-bola amin'ny tetikasa ihany koa.