Kedy systémy na uskladnenie energie potrebujú aktívne vyvažovanie (a kedy stačí pasívne)

Problém s každodennou cyklistikou: Pasívne vyvažovanie nebolo navrhnuté

Spotrebiteľská batéria pre elektrobicykel sa nabíja možno raz denne, často menej. Elektrické náradie sa používa v krátkych intervaloch. Väčšina bežných lítiových aplikácií dáva batérii dostatok času na oddych a akákoľvek malá nerovnováha medzi článkami sa pomaly koriguje na pozadí. Pasívne vyvažovanie – zvyčajne okolo 100 mA presúvaného cez najvyšší článok počas maximálneho nabitia – funguje pre tento pracovný profil dokonale.

Uskladňovanie energie je iné. Domáca batéria so solárnou elektródou sa každý deň, rok čo rok, hlboko cykluje. Komerčný systém skladovania sa môže cyklovať aj niekoľkokrát denne. Počas tisícok cyklov sa aj malé rozdiely medzi článkami – výrobná tolerancia, malé rozdiely vo veku, teplotné gradienty v rámci 16S batérie – hromadia do merateľného napäťového driftu. Batéria prestáva byť jednotným reťazcom a začína sa správať ako jej najslabší článok. Kapacita celej batérie klesá, nerovnováha sa zväčšuje a nakoniec sa systém riadenia budovy (BMS) musí predčasne odpojiť, aby ochránil najslabší článok, čím zostáva použiteľná kapacita nevyužitá.

Toto je spôsob zlyhania, ktorý ťahá kupujúcich energetických úložísk k aktívnemu vyvažovaniu. Otázkou nie je, či je aktívne vyvažovanie vo všeobecnosti lepšie – ale či je pracovný cyklus vášho projektu dostatočne náročný na to, aby ho pasívne vyvažovanie nedokázalo udržať.

Čo vlastne robí pasívne vyvažovanie 100 mA (a kde je pre ESS nedostatočné)

Pasívne vyvažovanie funguje tak, že prebytočnú energiu z článkov, ktoré dosiahnu plné nabitie ako prvé, spaľuje ako malé množstvo tepla cez paralelný rezistor. Typický pasívny vyvažovací prúd 100 mA stačí na zvládnutie driftu, ktorý sa hromadí v ľahších aplikáciách – má však dve štrukturálne obmedzenia, ktoré sú dôležité pre skladovanie:

• Funguje iba pri najvyššom nabití.Pasívny systém potrebuje, aby články dosiahli prahovú hodnotu vyrovnávania (zvyčajne vysoké nabitie), aby ich mohol vyrovnať. V prevádzke skladovania s čiastočným cyklom, ktorá zriedkavo zaznamená plné nabitie, má pasívne vyrovnávanie menej príležitostí na fungovanie.
• Jeho rýchlosť je malá v porovnaní s driftom, ktorý sa môže denne hromadiť.V niektorých pracovných cykloch ESS sa nevyváženosť môže hromadiť rýchlejšie, ako je schopný 100mA pasívny vyvažovací systém – aplikovaný iba v obmedzenom období na vrchole nabíjania – opraviť, takže rozdiel sa môže v priebehu mesiacov skôr zväčšovať, než zmenšovať.

Pre aplikácie s plytkým cyklom pasívne vyvažovanie dobre zodpovedá pracovnému cyklu a prináša najnižšie náklady. Problémom konkrétne pre ESS je nesúlad medzi rýchlosťou driftu a korekčnou rýchlosťou pri vysokom pracovnom cykle.

Čo prináša aktívne vyvažovanie (a kde leží jeho skutočná hodnota)

Aktívne vyvažovanie funguje tak, že energia sa prenáša z článkov s vyšším napätím do článkov s nižším napätím – zvyčajne prostredníctvom indukčného alebo kapacitného prenosového obvodu – namiesto toho, aby sa spaľovala ako teplo. Z toho vyplývajú dva praktické dôsledky:

• Vyšší vyrovnávací prúd.Zatiaľ čo pasívne vyvažovanie je okolo 100 mA, vyhradené aktívne vyvažovanie v úložných systémoch BMS je zvyčajne v rozsahu 1 A – čo je rádovo rýchlejšia korekcia.
• Môže fungovať vo väčšom rozsahu SOC,nielen pri maximálnom nabití. To je dôležité pri skladovaní, kde batéria zriedkakedy zostáva na 100 % nabitia.

Konečným výsledkom projektu ESS je, že drift napätia článkov je možné korigovať rýchlosťou, ktorá sa viac zhoduje s rýchlosťou jeho akumulácie. Aktívne vyvažovanie môže pomôcť batérii udržať si počas celej jej životnosti bližšie k jednotnému reťazcu, čím sa znižuje pravdepodobnosť, že využiteľná kapacita bude uviaznutá v dôsledku najslabšieho článku. Dôležité je mať na pamäti tento kvalifikátor: výkon vyvažovania počas prevádzky závisí od zvyšku systému – zhody batérie a článkov na začiatku, tepelného rozloženia v reťazci a toho, kde v okne SOC je vyvažovanie povolené. Konkrétne údaje o vyvažovaní pre danú konfiguráciu batérie je potrebné overiť s technickým tímom, a nie len z údajového listu.

Kedy stačí pasívne vyváženie (nepreháňajte špecifikácie)

Aktívne vyvažovanie nie je štandardným vylepšením. Pre širokú škálu aplikácií je pasívne skutočne tou správnou odpoveďou:

• Ľahké záložné systémy, ktoré sa zriedkavo zapínajú a vypínajú
• Telekomunikačné UPS zdroje, ktoré fungujú predovšetkým ako záložný zdroj a zriedkavo sa hlboko zapínajú a vybíjajú
• Malé úložiská pre spotrebiteľov, kde ekonomika projektu neodôvodňuje dodatočné náklady na systém riadenia budov (BMS)
• Dobre zladené bunky s úzkou počiatočnou toleranciou, kde sa drift akumuluje pomaly

Zadanie aktívneho vyvažovania pre tieto aplikácie zvyšuje náklady bez proporcionálneho prínosu. Dobrý dodávateľ vám povie, kedy je pasívne vyvažovanie pre váš projekt tou správnou odpoveďou – a varovným signálom, ktorý stojí za zmienku, je dodávateľ, ktorý odporúča aktívne vyvažovanie pre každý projekt bez jasného technického odôvodnenia viazaného na váš pracovný cyklus.

Kedy sa oplatí pre váš projekt úložiska špecifikovať aktívne vyvažovanie

Podmienky pracovného cyklu, ktoré nakláňajú váhy v prospech aktívneho skladovania energie, sú pomerne špecifické. Ak váš projekt spĺňa niekoľko z nich, oplatí sa špecifikovať aktívne vyvažovanie:

• Denná hlboká cyklistika.Solárne úložisko, ktoré sa zmysluplne vybíja každý deň, rok čo rok, akumuluje drift rýchlejšie, ako dokáže pravidelné vyrovnávanie maximálneho nabitia napraviť.
• Očakávaná viacročná životnosť.Čím dlhšie sa očakáva, že systém bude bežať, tým väčší kumulatívny drift vám pomôže chrániť sa pred aktívnym vyvažovaním.
• Väčšie konfigurácie balenia.Reťazec 16S má viac miest na vznik driftu ako reťazec 8S, pretože väčší počet článkov zapojených v sérii zvyšuje pravdepodobnosť odchýlok medzi článkami v reťazci. Akumulátory s napätím 48 V (15-16S) a vyšším profitujú z rýchlejšej korekcie viac.
• Architektúra paralelného balíka.Aktívne vyvažovanie funguje na úrovni jednotlivých buniek v rámci každého bloku – nevyrovnáva medzi paralelnými blokmi, ale pomáha každému jednotlivému bloku udržiavať vnútornú konzistenciu, čo podporuje predvídateľnejšie správanie, keď viacero blokov pracuje spoločne v banke.
• Prevádzka s čiastočným cyklom.Ak váš profil úložiska len zriedka nabije batériu na plné nabitie (oslabenie špičky, optimalizácia vlastnej spotreby), závislosť pasívneho vyvažovania od okna najvyššieho nabitia sa stáva skutočným obmedzením.

Referenčný prehľad rýchleho výberu

Stručne povedané, tu je príklad, ako sa aktívne verzus pasívne vyvažovanie typicky znázorňuje v bežných aplikáciách. Berte to ako východiskový bod pre vašu žiadosť o cenovú ponuku, nie ako náhradu za porovnanie s vaším špecifickým pracovným cyklom:

Tabuľka je východiskovým referenčným bodom; špecifikujte podľa vášho skutočného profilu pracovného cyklu, a nie len podľa označenia aplikácie.

DALY Aktívne vyvažovanie pre aplikácie skladovania

Pre projekty, kde je aktívne vyvažovanie tou správnou špecifikáciou, rad DALY 4. generácie systémov BMS pre úložiská energie ju natívne obsahuje. Variant LK poskytuje 1A aktívne vyvažovanie pre štandardné konfigurácie domáceho úložiska; variant LM-B poskytuje 2A aktívne vyvažovanie pre systémy s vyšším prúdom a väčšou kapacitou. Oba podporujú 8-16S LFP a architektúru paralelných balíkov bežnú v domácich a malých komerčných úložiskách, s možnosťou škálovania až na 16 balíkov paralelne (približne 160 kWh na sieť) pre projekty, ktoré časom rastú.

V každej konverzácii pred RFQ je potrebné poznamenať dva aspekty: vyváženie výkonu pri nasadení závisí od zvyšku systému, ako je uvedené vyššie, a špecifické konfiguračné údaje – vrátane logiky spúšťania vyváženia, okna SOC a pokynov na porovnávanie buniek – sú niečo, na čom s vami bude technický tím pracovať na základe projektu, a nie niečo, čo sa dá predpokladať z dátového listu.

Často kladené otázky

Q1Je aktívne vyvažovanie 1A vždy lepšie ako pasívne 100mA?

Nie vždy – to, čo sa považuje za lepšie, závisí od toho, ako váš pracovný cyklus ovplyvňuje batériu. Pre aplikácie, kde sa drift hromadí pomaly (ľahké zálohovanie, plytké cyklovanie), pasívna korekcia 100 mA zodpovedá problému a prináša najnižšie náklady. Pre aplikácie, kde sa drift hromadí rýchlejšie, ako dokáže korekcia 100 mA (denné hlboké cyklovanie pri skladovaní), aktívna korekcia 1 A lepšie zodpovedá problému. Prispôsobte vyvažovací prístup vášmu pracovnému cyklu, nie naopak.

Q2Predlžuje aktívne vyvažovanie životnosť?

Životnosť článkov je vlastnosťou samotných, nie niečím, čo vytvára vyváženie. Aktívne vyváženie pomáha batérii dosiahnuť menovitú životnosť článkov znížením rizika, že nevyváženosť vytlačí jednotlivé články z ich bezpečného prevádzkového okna. Články určujú limit; vyváženie vám pomáha skutočne sa k tomuto limitu priblížiť, namiesto toho, aby ste boli obmedzení najslabším článkom. Konkrétne údaje o životnosti vašej konfigurácie sú predmetom rozhovoru na úrovni projektu s technickým tímom.

Q3Ak si nie som istý/á, či môj projekt potrebuje aktívny alebo pasívny režim, čo mám robiť?

Poskytnite dodávateľovi profil vášho pracovného cyklu – dennú hĺbku cyklu, očakávaný počet cyklov za rok, cieľovú životnosť, veľkosť batérie a či systém pravidelne dosahuje plné nabitie. Dodávateľa, ktorý špecifikuje na základe týchto informácií a nezvolí si predvolene drahšiu možnosť, treba brať vážne. Ak nemôžete získať odôvodnenie špecifikácie, ktoré sa vzťahuje na váš pracovný cyklus, sú to údaje, ktoré potrebujete pred odoslaním výzvy na cenovú ponuku.

O spoločnosti DALY

Spoločnosť DALY navrhuje a vyrába systémy správy lítiových batérií pre výrobcov originálnych dielov (OEM), výrobcov batériových zdrojov a integrátorov, pričom produkty sa používajú vo viac ako 130 krajinách. Spoločnosť DALY, založená v roku 2015, pracuje v systémoch ISO 9001 / ISO 14001 s dodržiavaním noriem CE a RoHS; rad zariadení na ukladanie energie má status UL Recognized Component (nie je to plná certifikácia systému UL – toto rozlíšenie je dôležité pre severoamerické projekty) s dokumentáciou na podporu certifikácie na úrovni batérie alebo systému.

Špecifikujete aktívne vyvažovanie pre váš projekt úložiska?

Ak hľadáte projekt solárneho úložiska, domácej batérie alebo malého komerčného systému energetickej stability (ESS) a chcete správne špecifikovať vyváženie, technický tím DALY vám môže skontrolovať váš pracovný cyklus a pomôcť vám prispôsobiť mu prístup k systému BMS.

• Zdieľajte svoj pracovný cyklus: denná hĺbka cyklu, očakávaná životnosť, veľkosť batérie, paralelná konfigurácia
• Vyžiadajte si dokumentáciu k špecifikáciám pre 4. generáciu LK / LM-B
• E-mail:dalybms@dalyelec.com

Stránka produktu Aktívne vyvažovanie:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/