Kiedy systemy magazynowania energii wymagają aktywnego bilansowania (a kiedy wystarczy bilansowanie pasywne)

Problem codziennej jazdy na rowerze. Pasywne równoważenie nie zostało zaprojektowane dla

Pakiet do roweru elektrycznego dla konsumentów może jeździć raz dziennie, często rzadziej. Elektronarzędzia są używane w krótkich seriach. W większości zastosowań litowych pakiet ma dużo czasu na odpoczynek, a wszelkie niewielkie dysproporcje między ogniwami są powoli korygowane w tle. Pasywne równoważenie – zazwyczaj około 100 mA przepływające przez najwyższe ogniwo w szczycie ładowania – działa idealnie dla tego profilu obciążenia.

Magazynowanie energii jest inne. Domowy akumulator sprzężony z panelami słonecznymi przechodzi głębokie cykle ładowania każdego dnia, rok po roku. Komercyjny system magazynowania energii może cyklować wiele razy dziennie. W ciągu tysięcy cykli nawet niewielkie różnice między ogniwami – tolerancja produkcyjna, niewielkie różnice wieku, gradienty temperatury w pakiecie 16S – kumulują się, tworząc mierzalny dryft napięcia. Pakiet przestaje być jednolitym łańcuchem i zaczyna zachowywać się jak jego najsłabsze ogniwo. Całkowita pojemność pakietu spada, nierównowaga się pogłębia i ostatecznie system BMS musi się wcześniej odłączyć, aby chronić najsłabsze ogniwo – pozostawiając użyteczną pojemność bez możliwości wykorzystania.

To właśnie ten tryb awarii skłania nabywców magazynów energii do aktywnego bilansowania. Pytanie nie brzmi, czy aktywne jest generalnie lepsze, ale czy cykl pracy Twojego projektu jest na tyle wymagający, że pasywne bilansowanie nie jest w stanie sprostać wymaganiom.

Na czym tak naprawdę polega pasywne równoważenie prądem o natężeniu 100 mA (i gdzie zawodzi w przypadku ESS)

Pasywne równoważenie polega na spalaniu nadmiaru energii z ogniw, które jako pierwsze osiągają pełne naładowanie, w postaci niewielkich ilości ciepła na rezystorze bocznikowym. Typowy prąd pasywnego równoważenia 100 mA wystarcza do skompensowania dryftu, który gromadzi się w zastosowaniach o mniejszym obciążeniu — ale ma dwa ograniczenia strukturalne, które mają znaczenie w przypadku magazynowania:

• Działa tylko przy pełnym naładowaniu.System pasywny wymaga, aby ogniwa osiągnęły próg równoważenia (zazwyczaj wysoki stan naładowania), zanim będzie mógł je wyrównać. W przypadku magazynowania energii w cyklu częściowym, gdzie rzadko dochodzi do pełnego naładowania, pasywne równoważenie ma mniejsze szanse na zadziałanie.
• Jego tempo jest niewielkie w porównaniu do dryfu, który może się codziennie kumulować.W niektórych cyklach pracy ESS nierównowaga może gromadzić się szybciej, niż jest w stanie skorygować pasywny układ równoważenia 100 mA — stosowany jedynie w ograniczonym zakresie na szczycie ładowania — w związku z czym różnica może z biegiem miesięcy powiększać się, a nie zmniejszać.

W zastosowaniach o niskim współczynniku wypełnienia pasywne wyważanie dobrze dopasowuje się do współczynnika wypełnienia i generuje najmniejszy koszt. Problemem w przypadku ESS jest w szczególności niedopasowanie między współczynnikiem dryftu a współczynnikiem korekcji przy dużym współczynniku wypełnienia.

Co daje aktywne równoważenie (i gdzie leży jego prawdziwa wartość)

Aktywne równoważenie polega na przenoszeniu energii z ogniw o wyższym napięciu do ogniw o niższym napięciu – zazwyczaj poprzez indukcyjny lub pojemnościowy obwód transferowy – zamiast jej spalania w postaci ciepła. Wynikają z tego dwie praktyczne konsekwencje:

• Wyższy prąd równoważący.Podczas gdy pasywne natężenie wynosi około 100 mA, dedykowane aktywne równoważenie w systemie BMS do magazynowania energii mieści się zazwyczaj w zakresie 1 A — jest to o rząd wielkości szybsza korekta.
• Może działać w szerszym zakresie SOC,nie tylko na szczycie naładowania. Ma to znaczenie podczas przechowywania, gdzie akumulator rzadko osiąga 100% naładowania.

Efektem końcowym projektu ESS jest to, że dryft napięcia ogniw można korygować w tempie bliższym tempu jego akumulacji. Aktywne równoważenie może pomóc pakietowi utrzymać bliższą jednorodność łańcucha przez cały okres jego eksploatacji, zmniejszając prawdopodobieństwo, że użyteczna pojemność zostanie utracona przez najsłabsze ogniwo. Warto pamiętać o jednym: wydajność równoważenia w trakcie eksploatacji zależy od reszty systemu — dopasowania pakietu i ogniw na początku, rozproszenia termicznego w łańcuchu oraz momentu w oknie SOC, w którym dozwolone jest równoważenie. Konkretne dane dotyczące równoważenia dla danej konfiguracji pakietu należy potwierdzić z zespołem inżynierów, a nie opierać się wyłącznie na karcie katalogowej.

Kiedy pasywne równoważenie jest wystarczające (nie przesadzaj ze specyfikacją)

Aktywne równoważenie nie jest standardowym ulepszeniem. W szerokim zakresie zastosowań, pasywne równoważenie jest rzeczywiście właściwym rozwiązaniem:

• Lekkie systemy zapasowe, które rzadko się uruchamiają
• Zestawy UPS dla telekomunikacji, które działają głównie jako rezerwowe i rzadko jako zestawy z cyklem głębokiego rozładowania
• Małe magazyny na skalę konsumencką, w których ekonomika projektu nie uzasadnia dodatkowych kosztów BMS
• Dobrze dopasowane komórki o wąskiej początkowej tolerancji, w których dryf gromadzi się powoli

Określenie aktywnego równoważenia dla tych zastosowań generuje dodatkowe koszty bez proporcjonalnych korzyści. Dobry dostawca podpowie, kiedy pasywne równoważenie jest właściwym rozwiązaniem dla Twojego projektu — a sygnałem ostrzegawczym, na który warto zwrócić uwagę, jest dostawca, który zaleca aktywne równoważenie dla każdego projektu bez jasnego uzasadnienia technicznego związanego z Twoim cyklem pracy.

Kiedy warto określić aktywne równoważenie dla swojego projektu pamięci masowej

Warunki cyklu pracy, które przechylają szalę na korzyść aktywnego magazynowania energii, są dość szczegółowe. Jeśli Twój projekt spełnia kilka z nich, warto określić aktywne równoważenie:

• Codzienny głęboki cykl.Magazynowanie energii sprzężone z energią słoneczną, które rozładowuje się w znaczący sposób każdego dnia, rok po roku, powoduje szybsze gromadzenie się ładunku, niż może to skorygować okresowe równoważenie poziomu naładowania.
• Oczekiwania dotyczące wieloletniej żywotności.Im dłużej system ma pracować, tym bardziej kumulatywny dryf pomaga zabezpieczyć się przed aktywnym równoważeniem.
• Większe konfiguracje pakietów.W łańcuchu 16S występuje więcej miejsc na dryft niż w łańcuchu 8S, ponieważ większa liczba ogniw połączonych szeregowo zwiększa prawdopodobieństwo różnic między ogniwami w całym łańcuchu. Akumulatory o napięciu 48 V (15-16S) i wyższym korzystają z szybszej korekcji.
• Architektura pakietów równoległych.Aktywne równoważenie odbywa się na poziomie ogniwa do ogniwa wewnątrz każdego pakietu — nie wyrównuje napięcia między równoległymi pakietami, ale pomaga każdemu pojedynczemu pakietowi zachować wewnętrzną spójność, co przekłada się na bardziej przewidywalne zachowanie w przypadku jednoczesnej pracy wielu pakietów w banku.
• Operacja w cyklu częściowym.Jeśli Twój profil przechowywania danych rzadko powoduje pełne ładowanie akumulatora (ograniczenie szczytowego zużycia, optymalizacja zużycia własnego), zależność pasywnego równoważenia od okna pełnego naładowania staje się prawdziwym ograniczeniem.

Szybki wybór odniesienia

Podsumowując, oto jak równoważenie aktywne i pasywne zazwyczaj przekłada się na typowe zastosowania. Potraktuj to jako punkt wyjścia dla zapytania ofertowego, a nie jako substytut dopasowania do konkretnego cyklu pracy:

Tabela stanowi punkt odniesienia; należy ją określić na podstawie rzeczywistego profilu cyklu pracy, a nie tylko etykiety aplikacji.

Aktywne równoważenie DALY dla aplikacji magazynowych

W przypadku projektów, w których aktywne bilansowanie jest odpowiednią specyfikacją, linia systemów zarządzania energią DALY 4. generacji (BMS) oferuje tę funkcję natywnie. Wariant LK zapewnia aktywne bilansowanie 1 A w standardowych konfiguracjach domowych systemów magazynowania energii; wariant LM-B zapewnia aktywne bilansowanie 2 A w systemach o wyższym prądzie i większej pojemności. Oba systemy obsługują architekturę 8-16S LFP oraz architekturę pakietów równoległych, popularną w domowych i małych komercyjnych systemach magazynowania energii, umożliwiając skalowanie do 16 pakietów równolegle (około 160 kWh na sieć) w przypadku projektów rozwijających się z czasem.

Warto zwrócić uwagę na dwa czynniki przed rozmową kwalifikacyjną: wydajność równoważenia wdrożenia zależy od reszty systemu, jak omówiono powyżej, a konkretne dane konfiguracyjne — w tym logika wyzwalania równoważenia, okno SOC i wskazówki dotyczące dopasowania pakietu i ogniw — to coś, nad czym zespół inżynierów będzie pracował z Tobą w ramach projektu, a nie coś, co można założyć na podstawie arkusza danych.

Często zadawane pytania

Q1Czy aktywne balansowanie 1A jest zawsze lepsze od pasywnego balansowania 100mA?

Nie zawsze — to, co uznaje się za lepsze, zależy od wpływu współczynnika wypełnienia na akumulator. W zastosowaniach, w których dryft narasta powoli (podtrzymanie przy niskim obciążeniu, płytkie cykle), pasywna korekcja 100 mA rozwiązuje problem i generuje najmniejszy koszt. W zastosowaniach, w których dryft narasta szybciej niż 100 mA (codzienne głębokie cykle w pamięci masowej), aktywna korekcja 1 A lepiej rozwiązuje problem. Dopasuj podejście do równoważenia do współczynnika wypełnienia, a nie odwrotnie.

Q2Czy aktywne wyważanie wydłuża żywotność cyklu?

Cykl życia jest właściwością samych ogniw, a nie czymś, co powstaje w wyniku równoważenia. Aktywne równoważenie pomaga pakietowi osiągnąć znamionową żywotność ogniw, zmniejszając ryzyko braku równowagi, który mógłby wytrącić poszczególne ogniwa z bezpiecznego okna operacyjnego. Ogniwa określają pułap; równoważenie pomaga zbliżyć się do niego, zamiast ograniczać się do najsłabszego ogniwa. Szczegółowe dane dotyczące żywotności dla danej konfiguracji są omawiane na etapie projektu z zespołem inżynierów.

Q3Co powinienem zrobić, jeśli nie jestem pewien, czy mój projekt wymaga podejścia aktywnego czy pasywnego?

Przekaż dostawcy swój profil cyklu pracy – głębokość cyklu dziennego, przewidywaną liczbę cykli rocznie, docelowy okres eksploatacji, rozmiar opakowania oraz informację, czy system będzie regularnie osiągał pełne naładowanie. Dostawca, który specyfikuje produkt na podstawie tych informacji, zamiast domyślnie wybierać droższą opcję, jest tym, którego należy traktować poważnie. Jeśli nie możesz uzyskać uzasadnienia specyfikacji, które odnosi się do Twojego cyklu pracy, to właśnie tych danych potrzebujesz przed wysłaniem zapytania ofertowego.

O DALY

Firma DALY projektuje i produkuje systemy zarządzania bateriami litowymi dla producentów OEM, producentów pakietów i integratorów, a jej produkty są dostępne w ponad 130 krajach. Założona w 2015 roku firma DALY działa w oparciu o systemy ISO 9001/ISO 14001, zgodne z normami CE i RoHS. Linia produktów do magazynowania energii posiada status komponentu UL Recognized Component (nie jest to pełna certyfikacja systemu UL — to wyróżnienie ma znaczenie w przypadku projektów w Ameryce Północnej), a dokumentacja potwierdzająca certyfikację na poziomie systemu lub pakietu.

Czy chcesz określić aktywne równoważenie dla swojego projektu pamięci masowej?

Jeśli planujesz projekt magazynowania energii słonecznej, akumulatora domowego lub małego komercyjnego systemu ESS i chcesz prawidłowo określić równoważenie, zespół inżynierów DALY może przeanalizować Twój cykl pracy i pomóc Ci dopasować do niego podejście BMS.

• Udostępnij swój cykl pracy: głębokość cyklu dziennego, przewidywany czas eksploatacji, rozmiar pakietu, konfiguracja równoległa
• Poproś o dokumentację specyfikacji LK/LM-B 4. generacji
• E-mail:dalybms@dalyelec.com

Strona produktu z aktywnym bilansowaniem:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/