储能电池簇间环流：产生原因及应对措施
储能电池簇间环流：产生原因及应对措施
储能电池簇间环流是影响电池系统性能和寿命的重要问题。本文将深入探讨环流现象的产生原因，并介绍多种有效的应对措施，包括分散式储能、集散式储能、组串式储能等技术方案。
什么是环流？
通常用来描述在闭合回路中流动的电流。在电路中，环流指的是在闭合电路中形成的电流循环。
环流（Voltage Current Loop）是电力系统分析中的一个概念，它涉及到电力系统中电压和电流的相互作用。具体来说，电压电流环流是指在电力系统的一个闭合回路中，由于电压和电流之间的相互作用而产生的电流流动。这种环流可能会影响电力系统的稳定性和效率。
环流的管理对于电力系统的运行至关重要，因为它可以影响系统的效率、稳定性和安全性。通过适当的设计和控制策略，可以减少不必要的环流，提高电力系统的运行效率。
储能电池舱中的电池簇间环流是指在多个电池簇并联时，由于电池簇间电压或内阻的不一致性，导致电流在电池簇之间流动，而不是全部流向负载或电网。这种环流现象会导致电池簇间的能量损失，增加电池的热损耗，加速电池老化，并可能引发安全问题。
储能环流现象的认识
电池簇间电压不一致：当电池簇直接并联时，如果各簇电压不一致，会产生环流。这种环流会导致电池簇间的能量转移，而不是流向外部负载。
内阻差异：电池簇间内阻的差异会导致电流在内阻较小的电池簇中流动，从而产生环流，这会引起发热、电池老化加速。
可用容量损失：由于环流，电池簇间充不满、放不尽，造成电池容量损失和温度升高，加速电池衰减，降低电池系统可用容量。
应对措施
分散式储能技术：每个电池簇单独与一个储能变流器串联，多个储能变流器在交流母线侧进行并联，不在直流侧并联。这种方式可以解决电池簇间的环流问题，每个簇可以单独管理或者故障隔离。
集散式储能技术：每个电池簇经过直流变压器（DC/DC）变成一致的电压以后在直流侧进行并联，这样可以解决电池簇间因电压不一样会产生环流的问题。
组串式储能技术：类似于集散式，但直流电汇流后通过多个容量较小的变流器转换成交流，而不是通过一个容量较大的变流器进行变流。这种方式可以减少单个变流器故障对整个储能系统的影响。
高压级联直挂式：每个储能单元由H桥和独立小电池堆组成，每相由多个储能单元串联至一定的电压直接接入交流电网。这种方式无电池簇间并联，消除簇间环流问题。
电池管理系统（BMS）：通过BMS对电池簇进行精确的电压和电流控制，可以减少环流的产生，提高电池簇的一致性。
热管理：采用有效的热管理系统，确保电池簇间温度均匀，可以减少因温度差异引起的环流。
消防系统：在设计时考虑消防系统，以单簇为最小控制和隔离单元，发生事故时迅速隔离故障区域，减少事故影响范围。
储能电池簇-簇间环流
簇间环流是指在电池簇之间流动的电流。在每一簇串联的PACK中，由于电芯的内阻不完全相同，电荷和放电不平衡会导致电池之间的电流不平衡，从而引起簇间环流。簇间环流会破坏电池的平衡，导致电池寿命缩短或损坏，因此是一个需要解决的问题。
储能电池簇-簇间环流原因
单体电芯不一致是导致簇间环流的主要原因之一。单体电芯内阻不一致导致电池之间电荷和放电不平衡，进而导致了簇间环流。对于单簇1500V系统，一般一个簇416颗电芯串联组成，一个预制电池舱通常9簇或12簇（预制电池舱5289或52812），电芯数量多。因此在制程中对电芯的筛选配组工作非常重要，需要保证一个电池舱内的电芯一致性。
储能电池簇间环流-应对措施
电芯匹配：在制程中，严格对电芯分选配组，保证其一致性；
主动均衡：BMS管理系统对电池进行动态均衡，减少压差电芯，从而减少簇间环流（效果不明显）；
电路调整：通过系统电路设计调整，避开电池簇并联问题或优化BMS上下电逻辑方案，减少簇间环流的影响；
3.1）如采用每个电池簇经过直流变压器（DC/DC）变成一致的电压以后再直流侧进行并联，直流电汇流后通过储能变流器转换成交流。优点是可以解决电池簇间因电压不一样会产生环流的问题。缺点是增加了DC/DC元件，也有能量损耗。
3.2 ）优化上下电逻辑方案，簇间环流均衡。
如上图所示电池簇高压箱内的预充电阻可用作簇间环流均衡作用，从均衡开始到主正接触器闭合的一定时间内预充回路是接通的，预充电阻起了对主正接触器的限流保护，防止电池侧主回路产生的大电流高电压对主正接触器的冲击、同时也用作了簇间环流均衡作用。