Kdy systémy pro ukládání energie potřebují aktivní vyvažování (a kdy stačí pasivní)

Problém každodenní jízdy na kole: Pro pasivní vyvažování nebyl navržen

Spotřebitelská baterie pro elektrokolo se nabíjí jednou denně, často méně často. Elektrické nářadí se používá v krátkých intervalech. Většina běžných lithiových baterií dává baterii dostatek času na klidový stav a jakákoli malá nerovnováha mezi články se pomalu koriguje na pozadí. Pasivní vyvažování – obvykle kolem 100 mA přepínaných přes nejvyšší článek během vrcholu nabíjení – funguje pro tento provozní profil naprosto v pořádku.

Skladování energie je jiné. Domácí baterie se solární energií se každý den, rok co rok, důkladně nabije/vybije. Komerční systém skladování energie se může cyklovat i několikrát denně. Během tisíců cyklů se i malé rozdíly mezi články – výrobní tolerance, drobné rozdíly ve stáří, teplotní gradienty napříč 16S sadou – hromadí do měřitelného napěťového driftu. Sada přestává být jednotným řetězcem a začíná se chovat jako její nejslabší článek. Kapacita celé sady klesá, nerovnováha se zvětšuje a nakonec se musí BMS předčasně odpojit, aby ochránil nejslabší článek, čímž zůstane využitelná kapacita nevyužita.

Toto je režim selhání, který táhne kupující energetických úložišť k aktivnímu vyvažování. Otázkou není, zda je aktivní vyvažování obecně lepší – ale zda je pracovní cyklus vašeho projektu dostatečně náročný, aby ho pasivní vyvažování nedokázalo udržet.

Co vlastně dělá pasivní vyvažování 100mA (a kde pro ESS selhává)

Pasivní vyvažování funguje tak, že přebytečnou energii z článků, které dosáhnou plného nabití jako první, spaluje jako malé množství tepla na paralelním rezistoru. Typický pasivní vyvažovací proud 100 mA stačí k zvládnutí driftu, který se hromadí v lehčích aplikacích – má však dvě strukturální omezení, která jsou důležitá pro skladování:

• Funguje pouze při maximálním nabití.Pasivní systém potřebuje, aby články dosáhly prahové hodnoty vyvažování (obvykle vysokého stavu nabití), než je může vyrovnat. V provozu s částečným cyklem, kde dochází k plnému nabití jen zřídka, má pasivní vyvažování menší příležitost k fungování.
• Jeho rychlost je malá v porovnání s driftem, který se může denně hromadit.V některých pracovních cyklech ESS se nevyváženost může hromadit rychleji, než je schopen opravit 100mA pasivní vyvažovací systém – aplikovaný pouze v omezeném okně v nejvyšším bodě nabíjení – takže se mezera může v průběhu měsíců spíše zvětšovat, než zmenšovat.

Pro aplikace s mělkým pracovním cyklem pasivní vyvažování dobře odpovídá pracovnímu cyklu a přináší nejnižší náklady. Problémem konkrétně u ESS je nesoulad mezi rychlostí driftu a rychlostí korekce při vysokém pracovním cyklu.

Co aktivní vyvažování přidává (a kde leží jeho skutečná hodnota)

Aktivní vyvažování funguje tak, že přenáší energii z článků s vyšším napětím do článků s nižším napětím – obvykle prostřednictvím indukčního nebo kapacitního přenosového obvodu – spíše než aby se spalovala ve formě tepla. Z toho plynou dva praktické důsledky:

• Vyšší vyvažovací proud.Zatímco pasivní proud je kolem 100 mA, specializované aktivní vyvažování v úložných systémech BMS je obvykle v rozsahu 1 A – což je o řád rychlejší korekce.
• Může fungovat napříč větším počtem SOC,Nejen při maximálním nabití. To je důležité při skladování, kdy se baterie zřídkakdy udrží na 100% nabití.

Konečným výsledkem projektu ESS je, že drift napětí článků lze korigovat rychlostí, která lépe odpovídá rychlosti jeho akumulace. Aktivní vyvažování může pomoci sadě udržet si po celou dobu její životnosti blíže k uniformnímu řetězci, čímž se snižuje pravděpodobnost, že využitelná kapacita bude vyčerpána nejslabším článkem. Důležité je mít na paměti následující: výkon vyvažování v provozu závisí na zbytku systému – shodě článků a sady na začátku, tepelném rozložení v řetězci a na tom, kde v okně SOC je vyvažování povoleno. Konkrétní data vyvažování pro danou konfiguraci sady je třeba ověřit s technickým týmem, spíše než předpokládat pouze z datového listu.

Kdy stačí pasivní vyvážení (nepřehánějte specifikace)

Aktivní vyvažování není standardním vylepšením. Pro širokou škálu aplikací je pasivní skutečně tou správnou odpovědí:

• Lehké záložní systémy, které se necyklicky zapínají a vypínají
• Telekomunikační UPS zdroje, které fungují primárně jako záložní zdroje a zřídka se cyklicky zapínají a vypínají.
• Malé úložiště pro spotřebitele, kde ekonomika projektu neodůvodňuje dodatečné náklady na BMS
• Dobře sladěné buňky s úzkou počáteční tolerancí, kde se drift akumuluje pomalu

Specifikace aktivního vyvažování pro tyto aplikace zvyšuje náklady bez proporcionálního přínosu. Dobrý dodavatel vám řekne, kdy je pasivní vyvažování pro váš projekt tou správnou odpovědí – a varovným signálem, který stojí za zmínku, je dodavatel, který doporučuje aktivní vyvažování pro každý projekt bez jasného technického zdůvodnění vázaného na váš pracovní cyklus.

Kdy se vyplatí pro váš projekt úložiště specifikovat aktivní vyvažování

Podmínky pracovního cyklu, které přiklánějí váhu k aktivnímu akumulování energie, jsou poměrně specifické. Pokud váš projekt splňuje několik z nich, je vhodné specifikovat aktivní vyvažování:

• Denní hluboká cyklistika.Solární úložiště, které se smysluplně vybíjí každý den, rok co rok, akumuluje drift rychleji, než dokáže periodické vyrovnávání maximálního nabití korigovat.
• Očekávaná víceletá životnost.Čím déle se očekává, že systém bude běžet, tím většímu kumulativnímu driftu vám aktivní vyvažování pomůže chránit se.
• Větší konfigurace balení.Řetězec 16S má více míst pro rozvoj driftu než řetězec 8S, protože větší počet článků zapojených v sérii zvyšuje pravděpodobnost odchylek mezi články v řetězci. Akumulátory s napětím 48 V (15-16S) a vyšším více profitují z rychlejší korekce.
• Architektura paralelního balíčku.Aktivní vyvažování funguje na úrovni buněk uvnitř každé skupiny – nevyrovnává počet paralelních skupin, ale pomáhá každé jednotlivé skupině udržovat vnitřní konzistenci, což podporuje předvídatelnější chování, když v bance pracuje více skupin společně.
• Provoz s částečným cyklem.Pokud váš úložný profil zřídkakdy plně nabije baterii (omezení špičkové spotřeby, optimalizace vlastní spotřeby), stává se závislost pasivního vyvažování na okně pro maximální nabití skutečným omezením.

Rychlý přehled výběru

Stručně řečeno, zde je typické srovnání aktivního a pasivního vyvažování v běžných aplikacích. Berte to jako výchozí bod pro vaši poptávku, nikoli jako náhradu za porovnání s vaším specifickým pracovním cyklem:

Tabulka je výchozím referenčním údajem; specifikujte spíše podle skutečného profilu pracovního cyklu než pouze podle označení aplikace.

DALY Aktivní vyvažování pro úložné aplikace

Pro projekty, kde je aktivní vyvažování tou správnou specifikací, je řada 4. generace úložišť energie BMS od společnosti DALY nativní. Varianta LK poskytuje aktivní vyvažování 1A pro standardní konfigurace domácího úložiště; varianta LM-B poskytuje aktivní vyvažování 2A pro systémy s vyšším proudem a větší kapacitou. Oba podporují 8-16S LFP a architekturu paralelních paketů běžnou v domácích a malých komerčních úložištích, s možností škálování až na 16 paketů paralelně (přibližně 160 kWh na síť) pro projekty, které se v průběhu času rozrůstají.

V každé předběžné komunikaci před podáním žádosti o nabídku (RFQ) je třeba zmínit dva aspekty: vyvažování výkonu při nasazení závisí na zbytku systému, jak je uvedeno výše, a specifická konfigurační data – včetně logiky vyvažování spouštěčů, okna SOC a pokynů pro porovnávání článků – jsou něco, na čem s vámi technický tým bude pracovat na základě projektu, spíše než na něco, co lze odhadnout z datového listu.

Často kladené otázky

Q1Je aktivní balancování 1A vždy lepší než pasivní 100mA?

Ne vždy – to, co se počítá jako lepší, závisí na tom, jak váš pracovní cyklus působí na baterii. Pro aplikace, kde se drift hromadí pomalu (záložní režim s nízkým zatížením, mělké cyklování), pasivní korekce 100 mA odpovídá problému a přináší nejnižší náklady. Pro aplikace, kde se drift hromadí rychleji, než dokáže korigovat 100 mA (denní hluboké cyklování při skladování), aktivní korekce 1 A odpovídá problému lépe. Přizpůsobte vyvažovací přístup svému pracovnímu cyklu, ne naopak.

Q2Prodlužuje aktivní vyvažování životnost?

Životnost článků je vlastností samotných, nikoli něčím, co vyvažuje. Aktivní vyvažování pomáhá sadě dosáhnout jmenovité životnosti článků tím, že snižuje riziko, že by nevyváženost vytlačila jednotlivé články z jejich bezpečného provozního okna. Články určují limit; vyvažování vám pomáhá k tomuto limitu skutečně přiblížit se, spíše než abyste byli omezeni nejslabším článkem. Konkrétní údaje o životnosti vaší konfigurace jsou předmětem konverzace na úrovni projektu s technickým týmem.

Q3Pokud si nejsem jistý/á, zda můj projekt potřebuje aktivní, nebo pasivní prvky, co mám dělat?

Poskytněte dodavateli profil svého pracovního cyklu – denní hloubku cyklů, očekávaný počet cyklů za rok, cílovou životnost, velikost sady a to, zda systém pravidelně dosahuje plného nabití. Dodavatel, který specifikuje na základě těchto informací, a nevolí dražší variantu, je toho, koho byste měli brát vážně. Pokud nemůžete získat zdůvodnění specifikace, které by se vztahovalo k vašemu pracovnímu cyklu, pak jsou to data, která potřebujete před zveřejněním poptávky.

O DALY

Společnost DALY navrhuje a vyrábí systémy pro správu lithiových baterií pro výrobce originálního vybavení (OEM), výrobce akumulátorů a integrátory. Produkty se používají ve více než 130 zemích. Společnost DALY, založená v roce 2015, pracuje v souladu s normami ISO 9001 / ISO 14001 a splňuje normy CE a RoHS. Řada energetických úložišť má status certifikace UL Recognized Component (není plnou certifikací systému UL – toto rozlišení je důležité pro severoamerické projekty) a poskytuje dokumentaci na podporu certifikace na úrovni akumulátoru nebo systému.

Určení aktivního vyvažování pro váš projekt úložiště?

Pokud zvažujete projekt solárního úložiště, domácí baterie nebo malé komerční ESS a chcete správně specifikovat vyvážení, technický tým DALY může posoudit váš pracovní cyklus a pomoci vám s přizpůsobením přístupu BMS.

• Sdílejte svůj pracovní cyklus: denní hloubka cyklu, očekávaná životnost, velikost sady, paralelní konfigurace
• Vyžádejte si dokumentaci ke specifikaci 4. generace LK / LM-B
• E-mail:dalybms@dalyelec.com

Stránka produktu Aktivní vyvažování:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/