การหมุนเวียนแบตเตอรี่สำรองพลังงานแบบคลัสเตอร์ต่อคลัสเตอร์: สาเหตุและมาตรการรับมือ

I. กระแสลูปคืออะไร?

กระแสลูปโดยทั่วไปหมายถึงกระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรปิด ในวงจรไฟฟ้า หมายถึง วงจรกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นภายในวงจรปิด

วงจรแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (VCL) เป็นแนวคิดในการวิเคราะห์ระบบไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าในระบบไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หมายถึงการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรปิดอันเนื่องมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า กระแสลูปนี้สามารถส่งผลกระทบต่อเสถียรภาพและประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้า

การจัดการกระแสลูปอย่างเหมาะสมมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานของระบบไฟฟ้า เนื่องจากส่งผลต่อประสิทธิภาพ เสถียรภาพ และความปลอดภัย ด้วยกลยุทธ์การออกแบบและการควบคุมที่เหมาะสม จะสามารถลดกระแสลูปที่ไม่จำเป็นลงได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของระบบไฟฟ้า

กระแสลูประหว่างคลัสเตอร์ ในช่องเก็บแบตเตอรี่แบบกักเก็บพลังงานเกิดขึ้นเมื่อมีการเชื่อมต่อคลัสเตอร์หลายชุดแบบขนาน และความไม่สอดคล้องกันของแรงดันไฟฟ้าหรือความต้านทานภายในทำให้กระแสไฟฟ้าไหลระหว่างคลัสเตอร์แทนที่จะไหลไปยังโหลดหรือกริด ปรากฏการณ์นี้อาจนำไปสู่การสูญเสียพลังงาน การเกิดความร้อนที่เพิ่มขึ้น การเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่เร็วขึ้น และปัญหาด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้น ต่อไปนี้คือสาเหตุและมาตรการรับมือสำหรับปัญหานี้

---

II. การทำความเข้าใจปรากฏการณ์กระแสวงจรกักเก็บพลังงาน

1. ความไม่สอดคล้องของแรงดันไฟฟ้าระหว่างกลุ่มแบตเตอรี่
   เมื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่คลัสเตอร์โดยตรงแบบขนาน ความไม่สอดคล้องของแรงดันไฟฟ้าอาจทำให้เกิดกระแสลูป กระแสเหล่านี้ทำให้พลังงานถูกถ่ายโอนระหว่างคลัสเตอร์แทนที่จะไหลไปยังโหลดภายนอก
2. ความแตกต่างของความต้านทานภายใน
   ความต้านทานภายในที่แตกต่างกันระหว่างคลัสเตอร์อาจทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านคลัสเตอร์ที่มีความต้านทานต่ำกว่าได้ดีกว่า ส่งผลให้เกิดกระแสวนรอบ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดความร้อนและทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็วขึ้น
3. การสูญเสียความสามารถในการใช้งานได้
   กระแสลูปจะป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่คลัสเตอร์ชาร์จและคายประจุจนเต็ม ส่งผลให้สูญเสียความจุ อุณหภูมิเพิ่มขึ้น และแบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็วขึ้น ส่งผลให้ความจุโดยรวมของระบบแบตเตอรี่ลดลง

---

III. มาตรการรับมือ

1. เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานแบบกระจายอำนาจ
   แบตเตอรี่คลัสเตอร์แต่ละก้อนเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับตัวแปลงพลังงานสำรอง ตัวแปลงหลายตัวจะขนานกันที่ฝั่งบัส AC แทนที่จะเป็นฝั่ง DC วิธีนี้ช่วยลดกระแสลูประหว่างคลัสเตอร์ และช่วยให้สามารถจัดการคลัสเตอร์แต่ละคลัสเตอร์หรือแยกความผิดพลาดได้
2. เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานแบบกระจาย
   แบตเตอรี่แต่ละชุดเชื่อมต่อแบบขนานที่ด้าน DC หลังจากหม้อแปลงไฟฟ้า DC (DC/DC) ทำหน้าที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าให้สม่ำเสมอ วิธีนี้ช่วยแก้ปัญหากระแสลูปที่เกิดจากความต่างศักย์ระหว่างชุดแบตเตอรี่
3. เทคโนโลยีการกักเก็บพลังงานแบบสตริง
   คล้ายกับแนวทางการกระจายศูนย์ แต่การบรรจบกันของกระแสตรง (DC convergence) เกิดขึ้นได้ผ่านตัวแปลงขนาดเล็กหลายตัว แทนที่จะใช้ตัวแปลงขนาดใหญ่เพียงตัวเดียว วิธีนี้ช่วยลดผลกระทบจากความล้มเหลวของตัวแปลงเพียงตัวเดียวที่มีต่อระบบทั้งหมด
4. ประเภทแขวนตรงแบบคาสเคดแรงดันสูง
   หน่วยกักเก็บพลังงานแต่ละหน่วยประกอบด้วยสะพานเอช (H-bridge) และชุดแบตเตอรี่ขนาดเล็กที่แยกอิสระกัน หน่วยเก็บพลังงานหลายหน่วยเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดสำหรับการเชื่อมต่อโดยตรงกับโครงข่ายไฟฟ้ากระแสสลับ วิธีนี้ช่วยลดการเชื่อมต่อแบบขนานระหว่างกลุ่มพลังงาน ป้องกันการเกิดกระแสวน
5. ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS)
   BMS สามารถควบคุมแรงดันไฟและกระแสไฟในกลุ่มแบตเตอรี่ได้อย่างแม่นยำ ลดกระแสในวงจรและปรับปรุงความสม่ำเสมอของกลุ่ม
6. การจัดการความร้อน
   การนำระบบการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพมาใช้จะช่วยให้มีอุณหภูมิสม่ำเสมอในแต่ละคลัสเตอร์ ซึ่งจะช่วยลดกระแสวงจรที่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิให้เหลือน้อยที่สุด
7. ระบบป้องกันอัคคีภัย
   การออกแบบระบบป้องกันอัคคีภัยโดยใช้คลัสเตอร์เดี่ยวเป็นหน่วยควบคุมและแยกที่เล็กที่สุด ช่วยให้แยกพื้นที่ที่มีปัญหาได้อย่างรวดเร็ว ช่วยลดผลกระทบจากอุบัติเหตุ

---

IV. กระแสลูประหว่างคลัสเตอร์ในคลัสเตอร์แบตเตอรี่กักเก็บพลังงาน

กระแสลูประหว่างคลัสเตอร์ หมายถึงกระแสที่ไหลระหว่างคลัสเตอร์แบตเตอรี่ ในแต่ละคลัสเตอร์ของ PACK ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม ความแตกต่างเพียงเล็กน้อยของความต้านทานภายในเซลล์อาจนำไปสู่ความไม่สมดุลของการชาร์จและการคายประจุ ทำให้เกิดกระแสลูประหว่างคลัสเตอร์ กระแสเหล่านี้รบกวนสมดุลของแบตเตอรี่ อายุการใช้งานแบตเตอรี่สั้นลง และอาจทำให้เกิดความเสียหาย ทำให้เป็นปัญหาสำคัญที่ต้องแก้ไข

---

V. สาเหตุของกระแสลูประหว่างคลัสเตอร์

1. ความไม่สอดคล้องกันของเซลล์เดี่ยว
   การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานภายในของเซลล์แต่ละเซลล์เป็นสาเหตุหลักของกระแสลูประหว่างคลัสเตอร์ ความไม่สอดคล้องเหล่านี้นำไปสู่ความไม่สมดุลของประจุและคายประจุ ส่งผลให้เกิดกระแสลูป
2. ระบบแบตเตอรี่ขนาดใหญ่
   ในระบบ 1500V แบบคลัสเตอร์เดี่ยว คลัสเตอร์โดยทั่วไปจะประกอบด้วยเซลล์ 416 เซลล์ต่ออนุกรม โดยมีช่องสำเร็จรูปบรรจุคลัสเตอร์ 9 หรือ 12 คลัสเตอร์ จำนวนเซลล์ที่มากทำให้จำเป็นต้องคัดกรองและจับคู่เซลล์ระหว่างการผลิตเพื่อให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอ

---

VI. มาตรการรับมือกระแสลูประหว่างคลัสเตอร์

1. การจับคู่เซลล์
   คัดแยกและจัดกลุ่มเซลล์อย่างเคร่งครัดในระหว่างการผลิตเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสม่ำเสมอ
2. การทำให้เท่าเทียมกันที่ใช้งานอยู่
   ใช้ BMS สำหรับการปรับสมดุลแบตเตอรี่แบบไดนามิกเพื่อลดความต่างศักย์ระหว่างเซลล์ จึงลดกระแสลูปให้เหลือน้อยที่สุด (แม้ว่าผลลัพธ์อาจจำกัดก็ตาม)
3. การปรับวงจร
   ปรับการออกแบบวงจรระบบเพื่อหลีกเลี่ยงการเชื่อมต่อแบบขนานระหว่างคลัสเตอร์แบตเตอรี่หรือเพิ่มประสิทธิภาพตรรกะ BMS เพื่อลดกระแสลูป
   • 3.1 การรวมหม้อแปลง DC (DC/DC)
     เชื่อมต่อชุดแบตเตอรี่แต่ละชุดผ่านหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสตรง (DC) เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าสม่ำเสมอก่อนการเชื่อมต่อแบบขนานที่ด้าน DC วิธีนี้ช่วยแก้ปัญหากระแสลูปที่เกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้า แต่จะเพิ่มต้นทุนส่วนประกอบและการสูญเสียพลังงาน
   • 3.2 เพิ่มประสิทธิภาพ Power Logic
     รักษาสมดุลกระแสไฟระหว่างคลัสเตอร์โดยเพิ่มประสิทธิภาพตรรกะในการจ่ายพลังงาน
4. ตัวต้านทานการชาร์จล่วงหน้าสำหรับการจำกัดกระแส
   ใช้ตัวต้านทานแบบ pre-charge ในกล่องแรงดันสูงของกลุ่มแบตเตอรี่เพื่อปรับสมดุลกระแสลูป ตัวต้านทานเหล่านี้ช่วยปกป้องคอนแทคเตอร์หลักขั้วบวกจากแรงกระแทกกระแสสูง และช่วยปรับสมดุลกระแสลูประหว่างกลุ่มแบตเตอรี่