Кога системите за съхранение на енергия се нуждаят от активно балансиране (и кога пасивното е достатъчно)

Проблемът с ежедневното колоездене. Пасивното балансиране не е предназначено за...

Потребителска батерия за електрически велосипеди се зарежда може би веднъж на ден, често по-рядко. Електрическият инструмент се използва на кратки интервали. Повечето общи приложения на литиеви батерии дават на батерията достатъчно време да престои в покой и всеки малък дисбаланс между клетките се коригира бавно във фонов режим. Пасивното балансиране - обикновено около 100mA, прехвърляни през най-високата клетка по време на пика на заряд - работи перфектно за този профил на работа.

Съхранението на енергия е различно. Домашна батерия, свързана със слънчева енергия, циклично се зарежда/разрежда всеки ден, година след година. Търговска система за съхранение може да циклично се зарежда/разрежда няколко пъти на ден. В продължение на хиляди цикли, дори малки разлики между клетките – производствен толеранс, леки разлики във възрастта, температурни градиенти в 16S пакет – се натрупват в измеримо отклонение на напрежението. Пакетът престава да бъде еднороден низ и започва да се държи като най-слабата си клетка. Капацитетът на целия пакет спада, дисбалансът се разширява и в крайна сметка BMS (системата за управление на сградата) трябва да се изключи рано, за да защити най-слабата клетка, оставяйки използваемия капацитет блокиран.

Това е режимът на отказ, който привлича купувачите на системи за съхранение на енергия към активно балансиране. Въпросът не е дали активното балансиране е по-добро като цяло, а дали работният цикъл на вашия проект е достатъчно взискателен, за да не може да се справи с пасивното балансиране.

Какво всъщност прави 100mA пасивното балансиране (и къде е недостатъчно за ESS)

Пасивното балансиране работи чрез изгаряне на излишната енергия от клетките, които достигат пълен заряд първи, като малки количества топлина през шунтов резистор. Типичен пасивен балансиращ ток от 100 mA е достатъчен, за да се справи с дрейфа, който се натрупва в по-леки приложения, но има две структурни ограничения, които са важни за съхранението:

• Действа само при най-високо ниво на зареждане.Пасивната система се нуждае от клетките да достигнат прага на балансиране (обикновено високо ниво на заряд), преди да може да ги изравни. При работа с частичен цикъл на съхранение, която рядко води до пълно зареждане, пасивното балансиране има по-малко възможности да работи.
• Честотата му е малка в сравнение с дрейфа, който може да се натрупва ежедневно.При някои работни цикли на ESS, дисбалансът може да се натрупа по-бързо, отколкото 100mA пасивна балансираща система – прилагана само в ограничен прозорец в пика на зареждане – е в състояние да коригира, така че разликата може да се увеличи с месеци, вместо да се затвори.

За приложения с плитък цикъл, пасивното балансиране съответства добре на работния цикъл и добавя най-ниски разходи. Проблемът за ESS по-специално е несъответствието между скоростта на отклонение и скоростта на корекция, когато работният цикъл е голям.

Какво добавя активното балансиране (и къде се крие истинската му стойност)

Активното балансиране работи чрез прехвърляне на енергия от клетки с по-високо напрежение към клетки с по-ниско напрежение – обикновено чрез индуктивна или капацитивна трансферна верига – вместо да я изгаря като топлина. Следват две практически последици:

• По-висок балансиращ ток.Докато пасивният ток е около 100mA, специалното активно балансиране в системите за управление на сградата обикновено е в диапазона 1A – с порядък по-бърза корекция.
• Може да работи в по-голяма част от SOC диапазона,не само при най-високо ниво на зареждане. Това е важно при работа със съхранение, където батерията рядко може да бъде заредена на 100% ниво на заряд.

Крайният резултат от един проект за ESS е, че дрейфът на напрежението на клетката може да бъде коригиран със скорост, която по-точно съответства на скоростта, която то се натрупва. Активното балансиране може да помогне на пакета да се придържа към еднороден низ през целия си експлоатационен живот, намалявайки вероятността използваемият капацитет да бъде блокиран от най-слабата клетка. Важно е да се има предвид следното: производителността на балансирането по време на експлоатация зависи от останалата част от системата - съвпадение между пакети и клетки в началото, топлинно разпространение по низа и къде в прозореца на SOC е разрешено балансирането. Специфичните данни за балансиране за дадена конфигурация на пакета са нещо, което трябва да се потвърди с инженерния екип, а не да се предполага само от информационния лист.

Кога пасивното балансиране е достатъчно (не прекалявайте със спецификациите)

Активното балансиране не е надстройка по подразбиране. За широк спектър от приложения, пасивното е наистина правилното решение:

• Леки резервни системи, които се включват и изключват рядко
• Телекомуникационни UPS пакети, които работят предимно в режим на готовност и рядко се зареждат и изключват
• Малко потребителско съхранение, където икономиката на проекта не оправдава допълнителните разходи за BMS
• Добре съчетани клетки с тесен начален толеранс, където дрейфът се натрупва бавно

Указването на активно балансиране за тези приложения добавя разходи без пропорционална полза. Добрият доставчик ще ви каже кога пасивното балансиране е правилният отговор за вашия проект – и червен флаг, който си струва да се отбележи, е доставчик, който препоръчва активно балансиране за всеки проект без ясна техническа обосновка, обвързана с вашия работен цикъл.

Кога си струва да се определи активното балансиране за вашия проект за съхранение

Условията на работния цикъл, които накланят везните към активното съхранение на енергия, са сравнително специфични. Ако вашият проект отговаря на няколко от тях, си струва да се посочи активното балансиране:

• Ежедневно дълбоко колоездене.Слънчево-свързаното съхранение, което се разрежда значително всеки ден, година след година, натрупва дрейф по-бързо, отколкото периодичното балансиране на зареждането може да коригира.
• Очакван многогодишен експлоатационен живот.Колкото по-дълго се очаква системата да работи, толкова по-голямо кумулативно отклонение ще ви помогне да се предпазите от активното балансиране.
• По-големи конфигурации на опаковки.16S низ има повече места за развитие на дрейф от 8S низ, тъй като по-големият брой клетки, свързани последователно, увеличава вероятността от вариации между клетки в целия низ. Акумулаторните пакети с напрежение 48V (15-16S) и повече се възползват повече от по-бързата корекция.
• Паралелна пакетна архитектура.Активното балансиране работи на ниво клетка-клетка във всяка група - то не изравнява между паралелните групи, но помага на всяка отделна група да поддържа вътрешна консистентност, което подпомага по-предсказуемо поведение, когато множество групи работят заедно в банка.
• Работа с частичен цикъл.Ако вашият профил за съхранение рядко зарежда батерията до пълен капацитет (намаляване на пиковите нива на зареждане, оптимизация на собствената консумация), зависимостта на пасивното балансиране от прозореца за най-високо зареждане се превръща в реално ограничение.

Справочник за бърз избор

В обобщение, ето как активното спрямо пасивното балансиране обикновено се съпоставя в често срещани приложения. Приемайте това като отправна точка за вашето запитване за оферта (RFQ), а не като заместител на съпоставянето с вашия специфичен работен цикъл:

Таблицата е отправна точка; посочете спрямо действителния профил на работния цикъл, а не само спрямо етикета на приложението.

DALY активно балансиране за приложения за съхранение

За проекти, където активното балансиране е правилната спецификация, линията системи за съхранение на енергия от четвърто поколение на DALY го предлага вградено. Вариантът LK осигурява 1A активно балансиране за стандартни конфигурации за домашно съхранение; вариантът LM-B осигурява 2A активно балансиране за системи с по-висок ток и по-голям капацитет. И двата поддържат 8-16S LFP и архитектурата с паралелни пакети, често срещана в домашните и малките търговски системи за съхранение, като се мащабира до 16 пакета паралелно (около 160 kWh на мрежа) за проекти, които се разрастват с времето.

Два уточнения, които си струва да се отбележат във всеки разговор преди RFQ: балансирането на производителността при внедряване зависи от останалата част от системата, както беше обсъдено по-горе, а специфичните конфигурационни данни - включително логиката на балансиране на задействанията, прозореца на SOC и насоките за съвпадение на пакетни клетки - са нещо, върху което инженерният екип ще работи с вас на проектна база, а не нещо, което да се предположи от информационен лист.

Често задавани въпроси

Q11A активно балансиране винаги ли е по-добро от 100mA пасивно?

Не винаги — това, което се счита за по-добро, зависи от това какво прави вашият работен цикъл с батерията. За приложения, където дрейфът се натрупва бавно (леко натоварване, плитко циклиране), пасивната корекция от 100mA съответства на проблема и добавя най-малко разходи. За приложения, където дрейфът се натрупва по-бързо, отколкото 100mA могат да коригират (ежедневно дълбоко циклиране при съхранение), активната корекция от 1A съответства по-добре на проблема. Съобразете подхода за балансиране с вашия работен цикъл, а не обратното.

Q2Активното балансиране удължава ли жизнения цикъл?

Животът на клетките е свойство на самите клетки, а не нещо, което балансирането създава. Активното балансиране помага на батерията да достигне номиналния експлоатационен живот на клетките, като намалява риска от дисбаланс, който да изтласка отделните клетки извън техния безопасен работен прозорец. Клетките определят тавана; балансирането ви помага действително да се приближите до този таван, вместо да бъдете ограничени от най-слабата клетка. Конкретните данни за експлоатационния живот на вашата конфигурация са предмет на разговор на ниво проект с инженерния екип.

Q3Ако не съм сигурен дали проектът ми се нуждае от активен или пасивен режим, какво трябва да направя?

Предоставете на доставчика профила на работния си цикъл – дневна дълбочина на цикъла, очаквани цикли годишно, целеви експлоатационен живот, размер на пакета и дали системата ще достига редовно пълно зареждане. Доставчик, който определя спецификациите си въз основа на тази информация, вместо да се спре на по-скъпия вариант, е този, който трябва да се вземе на сериозно. Ако не можете да получите обосновка на спецификацията, която е свързана с вашия работен цикъл, това са данните, от които се нуждаете, преди да бъде публикувана заявка за оферта (RFQ).

За DALY

DALY проектира и произвежда системи за управление на литиеви батерии за производители на оригинално оборудване (OEM), производители на пакети и интегратори, като продуктите ѝ се използват в над 130 страни. Основана през 2015 г., DALY работи по системи ISO 9001 / ISO 14001 със съответствие с CE и RoHS; линията за съхранение на енергия има статут на UL Recognized Component (не е пълна UL системна сертификация - отличието е важно за проекти в Северна Америка), като е предоставена документация в подкрепа на сертифицирането на системно ниво на пакет или система.

Задаване на активно балансиране за вашия проект за съхранение?

Ако обмисляте проект за съхранение на слънчева енергия, домашна батерия или малък търговски ESS и искате да определите правилно балансирането, инженерният екип на DALY може да прегледа вашия работен цикъл и да ви помогне да съобразите подхода на BMS с него.

• Споделете вашия работен цикъл: дневна дълбочина на цикъла, очакван експлоатационен живот, размер на пакета, паралелна конфигурация
• Заявка за спецификационна документация за 4-то поколение LK / LM-B
• Имейл:dalybms@dalyelec.com

Страница на продукта за активно балансиране:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/