Dyness Knowledge | 太陽光発電と蓄電に関する必須用語（C&I-3）

産業・商業用エネルギー貯蔵は、新エネルギー発展を促進する重要な分野になりつつあります。高いエネルギー密度、低い自己放電率、優れた均一性を備えたバッテリーを合理的に選択することで、電気エネルギーの効率的な貯蔵と利用を実現し、クリーンエネルギーの安定した供給と利用を促進できます。

エネルギー密度の概念

エネルギー密度とは、物質の一定単位の空間または質量に蓄えられるエネルギー量を指します。バッテリーのエネルギー密度は、平均単位体積または質量あたりのバッテリーが放出する電気エネルギーであり、一般的に重量エネルギー密度と体積エネルギー密度の2つの次元に分けられます。バッテリーのエネルギー密度が大きいほど、単位体積または重量あたりに蓄えられる電気量が多くなります。

バッテリーのエネルギー密度には、単一セルのエネルギー密度とバッテリーシステムのエネルギー密度という2つの異なる概念があります。

システムのエネルギー密度とは、単体が組み合わされた後のバッテリーシステム全体の重量または体積を指します。バッテリーシステムには、バッテリー管理システム、熱管理システム、高低圧回路などが含まれます。

システムエネルギー密度を向上させる対策：

1. バッテリーエネルギー密度の向上

2. バッテリーパックのグループ化効率の改善

最適化されたレイアウト構造：外部寸法に関して、システムの内部レイアウトを最適化し、バッテリーパックの内部コンポーネントをよりコンパクトかつ効率的にすることができます。

トポロジー最適化：シミュレーション計算を通じて、剛性と構造的信頼性を確保した上で軽量化設計を実現できます。この技術により、トポロジー最適化と形状最適化を実現し、最終的にバッテリーボックスの軽量化に貢献できます。

材料選択：低密度材料の選択、例えばバッテリーパックのカバーは従来の板金カバーから複合材料カバーへと徐々に変化しており、約35％の軽量化が可能です。バッテリーパックの下部ボックスについては、従来の板金ソリューションからアルミプロファイルソリューションへと徐々に変化し、約40％の軽量化が実現されており、軽量化効果は顕著です。

3. システム設計の最適化：バッテリーシステムの各コンポーネントと放熱システムのレイアウトを最適化します。

自己放電率の概念

バッテリーの自己放電率とは、バッテリーが使用されていないときに内部の化学反応によって生じる自然放電率を指し、電荷保持能力とも呼ばれます。バッテリーの不可避な内部反応のため、外部負荷がなくてもバッテリーは自然放電します。これは主に、バッテリーの製造工程、材料、保管条件などの要因によって影響を受けます。

バッテリーを製造する原料は100%純粋であることはできず、常に不純物が混入し、自己放電は避けられません。

影響要因

1. 温度：温度が高いほど自己放電率が速くなります

2. 電解質：電解質の種類によって自己放電率への影響も異なります

3. 金属材料：金属材料の種類によって自己放電率への影響が異なります

4. 保管条件：保管条件によって自己放電率への影響も異なります

害：

1. 自己放電はバッテリー内部抵抗の増加を伴い、バッテリーの負荷容量を低下させます

2. 過放電は不可逆的に補償できない容量損失を引き起こす可能性があります

3. 金属不純物タイプの自己放電は、セパレーターの細孔を塞ぎ、さらにはセパレーターを突き破って局所的な短絡を引き起こし、バッテリーの安全性を危険にさらします

4. 自己放電はバッテリー間のSOC差を拡大し、バッテリーパックの容量を減少させます

5. SOCの大きな差異は、バッテリーの過充電や過放電を引き起こしやすくなります

自己放電率を低減する方法

1. 温度を下げる：バッテリーをより低い温度で保管することで、自己放電率を効果的に緩和できます。

2. 金属材料の面積を減らす：金属材料の面積を減らすことで、自己放電率を低減できます。

3. 正しい保管：正しい保管はバッテリー寿命を効果的に延ばし、自己放電率を低減できます。バッテリーは乾燥した涼しく風通しの良い場所に保管し、長期間使用しない状態を避けるべきです。

セル均一性の概念

リチウムバッテリーの均一性とは、グループ化して使用される単一バッテリーの初期性能指標の一致性を指します。これには、容量、インピーダンス、電極の電気的特性、電気的接続、温度特性、劣化速度などが含まれます。上記の要因の不一致は、動作中の出力電気パラメータの差異に直接影響します。

不一致の危険性

1. 容量損失。リチウムバッテリーパックは単一セルで構成されています。容量は木桶の原理に従い、最も劣ったセルの容量がバッテリーパック全体の容量を決定します。

2. 寿命の損失。小容量のバッテリーは毎回完全に充放電されます。出力が強すぎると、最初に寿命の限界に達する可能性が高くなります。あるバッテリーセルの寿命が終了すると、一緒に溶接された一連のバッテリーセルも寿命を迎えます。

3. 内部抵抗の増加。内部抵抗が異なると、同じ電流が流れ、内部抵抗が大きいセルは比較的多くの熱を発生します。バッテリーの温度が高すぎると、劣化速度が加速し、内部抵抗がさらに増加します。内部抵抗と温度上昇は負のフィードバックを形成し、高内部抵抗セルの劣化を加速します。

不一致の制御

1. 選別：異なるロットのバッテリーは理論上、一緒に使用すべきではありません。同じロットのセルでも選別が必要であり、パラメータが比較的集中しているセルを同じリチウムバッテリーパック内、同じバッテリーパックに配置します。

2. 熱管理：内部抵抗が不一致のバッテリーでは、発生する熱量も異なります。熱管理システムの追加により、リチウムバッテリーパック全体の温度差を小さな範囲に調整できます。より多くの熱を発生するバッテリーセルは依然として温度上昇が大きいですが、他のバッテリーとの差が拡大することはなく、劣化の程度に明確な差は生じません。

3. バッテリー平衡管理：バッテリー管理システムBMSに平衡機能を設計します。リチウムバッテリーパックに良好な使用環境を確保し、一定の温度を維持し、振動を減らし、水や粉塵などがバッテリー極を汚染しないようにします。リチウムバッテリーパック内の単一セルの不一致の発展法則を把握し、極端なパラメータのセルをタイムリーに調整または交換して、バッテリーパックパラメータの不一致が使用時間とともに増加しないようにします。

Dynessは長年にわたりエネルギー貯蔵分野に深く関与し、バッテリー研究開発およびパック設計において豊富な経験を持ち、成熟した産業デザインとシステム研究開発の蓄積を有しています。成熟したセル選別システムと自社開発のBMS技術を通じて、セル均一性とバッテリー自己放電率を厳密に制御しています。自社エネルギー貯蔵製品のバッテリーシステムの高いエネルギー密度と高い安全性を完全に保証します。