Kun energian varastointijärjestelmät tarvitsevat aktiivista tasapainottamista (ja kun passiivinen riittää)

Päivittäinen pyöräilyongelma Passiivista tasapainottelua ei ole suunniteltu

Kuluttajille tarkoitettu sähköpyöräpakkaus pyöräilee ehkä kerran päivässä, usein harvemmin. Sähkötyökalua käytetään lyhyinä jaksoina. Useimmat yleiset litium-akkusovellukset antavat akulle runsaasti aikaa olla levossa, ja pienetkin kennojen väliset epätasapainot korjautuvat hitaasti taustalla. Passiivinen tasapainotus – tyypillisesti noin 100 mA syötettynä suurimman latauksen aikana suurimman kennon yli – toimii täydellisesti kyseisessä käyttöprofiilissa.

Energian varastointi on erilaista. Aurinkoenergialla toimiva kotitalousakku suorittaa syvän syklin joka ikinen päivä, vuodesta toiseen. Kaupallinen varastointijärjestelmä voi suorittaa syklin useita kertoja päivässä. Tuhansien syklien aikana pienetkin erot kennojen välillä – valmistustoleranssit, pienet ikäerot, lämpötilagradientit 16S-paketin yli – kertyvät mitattavaksi jännitevaihteluksi. Paketti lakkaa olemasta yhtenäinen jono ja alkaa käyttäytyä kuin heikoin kennonsa. Koko paketin kapasiteetti laskee, epätasapaino kasvaa ja lopulta BMS:n on irrotettava järjestelmä aikaisin suojellakseen heikointa kennoa – jolloin käyttökelpoinen kapasiteetti jää pulaan.

Tämä on vikatila, joka vetää energian varastoinnin ostajia aktiivisen tasapainotuksen puoleen. Kysymys ei ole siitä, onko aktiivinen tasapainotus yleisesti ottaen parempi, vaan siitä, onko projektisi käyttösuhde niin vaativa, ettei passiivinen tasapainotus pysy perässä.

Mitä 100 mA:n passiivinen tasapainotus todellisuudessa tekee (ja missä se jää vajaaksi ESS:n kannalta)

Passiivinen tasapainotus toimii polttamalla ylimääräistä energiaa kennoista, jotka saavuttavat täyden latauksen ensin, pieninä lämpömäärinä shunttivastuksen yli. Tyypillinen 100 mA:n passiivinen tasapainotusvirta riittää käsittelemään kevyemmissä sovelluksissa kertyvän ajautumisen – mutta sillä on kaksi rakenteellista rajoitusta, joilla on merkitystä varastoinnin kannalta:

• Se toimii vain latauksen huipulla.Passiivinen järjestelmä tarvitsee kennojen saavuttavan tasapainotuskynnyksen (yleensä korkean SOC-varaustason) ennen kuin se voi tasapainottaa ne. Osittaisen syklin varastointitoiminnassa, jossa harvoin nähdään täyttä latausta, passiivisella tasapainotuksella on vähemmän mahdollisuuksia toimia.
• Sen määrä on pieni suhteessa päivittäin kertyvään ajelehtimiseen.Joissakin ESS-käyttöjaksoissa epätasapaino voi kertyä nopeammin kuin 100 mA:n passiivinen tasapainotusjärjestelmä – jota sovelletaan vain rajoitetun ajan latauksen huipulla – pystyy korjaamaan, joten ero voi kasvaa kuukausien kuluessa sen sijaan, että se kaventuisi.

Matalan kierron sovelluksissa passiivinen tasapainotus sopii hyvin käyttösuhteeseen ja lisää kustannuksia vähiten. Erityisesti ESS:n ongelmana on ajautumisnopeuden ja korjausnopeuden välinen epäsuhta, kun käyttösuhde on raskas.

Mitä aktiivinen tasapainottaminen tuo lisää (ja missä sen todellinen arvo piilee)

Aktiivinen tasapainotus toimii siirtämällä energiaa korkeajännitteisistä kennoista matalajännitteisiin kennoihin – tyypillisesti induktiivisen tai kapasitiivisen siirtopiirin kautta – sen sijaan, että se poltettaisiin lämpönä. Tästä on kaksi käytännön seurausta:

• Suurempi tasausvirta.Kun passiivinen tasapainotus on noin 100 mA, erillinen aktiivinen tasapainotus tallennustilojen BMS-järjestelmissä on tyypillisesti 1 A:n luokkaa – suuruusluokkaa nopeampi korjaus.
• Se voi toimia laajemmalla SOC-alueella,ei ainoastaan ​​latauksen huipulla. Tällä on merkitystä varastoinnissa, jossa akun varaustila on harvoin 100 %.

ESS-projektin nettotuloksena on, että kennojen jänniteryömintä voidaan korjata nopeammin kuin se kertyy. Aktiivinen tasapainotus voi auttaa pakettia pysymään lähempänä yhtenäistä ketjua sen käyttöiän aikana, mikä vähentää todennäköisyyttä, että käyttökelpoinen kapasiteetti jää heikoimman kennon hukkaan. Huomionarvoista on, että tasapainotuksen suorituskyky käytössä riippuu muusta järjestelmästä – pakettien ja kennojen yhteensovittamisesta alussa, ketjun lämpöleviöstä ja siitä, missä SOC-ikkunassa tasapainotuksen sallitaan toimia. Tietyn pakettikokoonpanon tarkat tasapainotustiedot on vahvistettava suunnittelutiimin kanssa sen sijaan, että niitä voitaisiin olettaa pelkästään datalehdestä.

Kun passiivinen tasapainottaminen riittää (älä liioittele)

Aktiivinen tasapainotus ei ole oletusarvoinen päivitys. Monissa sovelluksissa passiivinen on todellakin oikea ratkaisu:

• Kevyet varajärjestelmät, jotka toimivat harvoin
• Telecom UPS -yksiköt, jotka toimivat pääasiassa varavirtalähteenä ja harvoin syväpurkauksena
• Pieni kuluttajamittakaavan tallennusjärjestelmä, jossa projektin talous ei oikeuta lisäkustannuksia rakennusautomaatiosta
• Hyvin yhteensopivia soluja, joilla on tiukka alkutoleranssi, jossa ajautuminen kertyy hitaasti

Aktiivisen tasapainotuksen määrittäminen näille sovelluksille lisää kustannuksia ilman suhteellista hyötyä. Hyvä toimittaja kertoo, milloin passiivinen on oikea ratkaisu projektiisi – ja varoitusmerkki on toimittaja, joka suosittelee aktiivista tasapainotusta jokaiseen projektiin ilman selkeää teknistä perustetta, joka on sidottu käyttösuhteeseesi.

Milloin aktiivinen tasapainotus kannattaa määrittää varastointiprojektiisi

Energian varastoinnissa aktiivisen tasapainotuksen suuntaan kallistuvat käyttösuhdeolosuhteet ovat melko tarkkoja. Jos projektisi täyttää useita näistä, aktiivisen tasapainottamisen määrittäminen kannattaa:

• Päivittäinen syväpyöräily.Aurinkoenergialla toimiva varastointi, joka purkautuu merkittävästi joka päivä, vuodesta toiseen, kerryttää ajautumista nopeammin kuin säännöllinen täyden latauksen tasapainotus pystyy korjaamaan.
• Usean vuoden käyttöiän odotukset.Mitä pidempään järjestelmän odotetaan toimivan, sitä enemmän kumulatiivista ajautumista vastaan ​​aktiivinen tasapainotus auttaa sinua suojautumaan.
• Suuremmat pakkauskokoonpanot.16S-ketjussa on enemmän paikkoja, joissa ajautuminen voi kehittyä, kuin 8S-ketjussa, koska suurempi määrä kennoja sarjassa lisää kennojen välisen vaihtelun todennäköisyyttä ketjussa. 48 V:n (15-16S) ja sitä suuremmat tallennuspaketit hyötyvät enemmän nopeammasta korjauksesta.
• Rinnakkaispakkausarkkitehtuuri.Aktiivinen tasapainotus toimii kennojen välillä kunkin pakkauksen sisällä – se ei tasapainota rinnakkaisten pakkausten välillä, mutta auttaa kutakin yksittäistä pakkausta ylläpitämään sisäistä yhdenmukaisuutta, mikä tukee ennustettavampaa toimintaa, kun useita pakkauksia toimii yhdessä pankissa.
• Osittaisen syklin toiminta.Jos tallennusprofiilisi latauttaa akun harvoin täyteen (huippulataus, oman kulutuksen optimointi), passiivisen tasapainotuksen riippuvuus latausikkunasta tulee todelliseksi rajoitukseksi.

Pikavalintaopas

Yhteenvetona voidaan todeta, että tässä on esimerkki siitä, miten aktiivinen ja passiivinen tasapainotus tyypillisesti vastaavat yleisiä sovelluksia. Käytä tätä lähtökohtana tarjouspyynnöllesi, äläkä korvikkeena sovitukselle tiettyyn käyttösuhteeseesi:

Taulukko on lähtökohta; määritä se todellisen käyttösuhdeprofiilisi mukaan äläkä pelkästään sovelluksen nimilapun perusteella.

DALY-aktiivinen tasapainotus varastointisovelluksiin

Projekteissa, joissa aktiivinen tasapainotus on oikea vaatimus, DALYn neljännen sukupolven energian varastointijärjestelmät (BMS) sisältävät sen natiivisti. LK-versio tarjoaa 1 A:n aktiivisen tasapainotuksen tavallisille kotitalouksien varastointikokoonpanoille; LM-B-versio tarjoaa 2 A:n aktiivisen tasapainotuksen suurempaa virtaa ja kapasiteettia vaativille järjestelmille. Molemmat tukevat 8–16S LFP:tä ja kotitalouksien ja pienten yritysten varastoinnissa yleistä rinnakkaispakettiarkkitehtuuria, skaalaten jopa 16 pakettiin rinnakkain (noin 160 kWh verkkoa kohden) ajan myötä kasvavissa projekteissa.

Kaksi huomioitavaa seikkaa tarjouspyyntöä edeltävässä keskustelussa: käyttöönoton tasapainotussuorituskyvyn hallinta riippuu edellä kuvatusta muusta järjestelmästä, ja tietyt konfigurointitiedot – mukaan lukien tasapainotusliipaisimen logiikka, SOC-ikkuna ja pakkaussolujen yhteensovitusohjeet – ovat asioita, joita suunnittelutiimi käsittelee kanssasi projektikohtaisesti, eikä niitä voida olettaa datalehdestä.

Usein kysytyt kysymykset

Q1Onko 1A aktiivinen tasapainotus aina parempi kuin 100mA passiivinen?

Ei aina – paremmaksi katsottava arvo riippuu siitä, mitä käyttösuhde tekee akun toiminnalle. Sovelluksissa, joissa ajautuminen kertyy hitaasti (kevyet varavirtalähteet, matalat syklit), 100 mA:n passiivinen korjaus vastaa ongelmaan ja lisää kustannuksia vähiten. Sovelluksissa, joissa ajautuminen kertyy nopeammin kuin 100 mA voi korjata (päivittäiset syvät syklit varastoinnissa), 1 A:n aktiivinen korjaus vastaa ongelmaa paremmin. Sovita tasapainotusmenetelmä käyttösuhteeseesi, älä päinvastoin.

Q2Pidentääkö aktiivinen tasapainotus syklin käyttöikää?

Käyttöikä on kennojen itsensä ominaisuus, ei tasapainottamisen luoma asia. Aktiivinen tasapainottaminen auttaa pakettia saavuttamaan kennojen nimelliskäyttöiän vähentämällä epätasapainon riskiä, ​​joka työntää yksittäisiä kennoja pois turvallisesta toiminta-ajasta. Kennot määrittävät käyttöiän ylärajan; tasapainottaminen auttaa sinua itse asiassa lähestymään tätä ylärajaa sen sijaan, että heikoin kenno rajoittaisi sinua. Konfiguraatiosi tarkat käyttöikätiedot ovat projektitason keskustelu suunnittelutiimin kanssa.

Q3Jos en ole varma, tarvitseeko projektini aktiivista vai passiivista järjestelmää, mitä minun pitäisi tehdä?

Toimita toimittajalle käyttöjaksoprofiilisi – päivittäinen lataussyklien määrä, odotetut lataussyklit vuodessa, tavoiteltu käyttöikä, akun koko ja se, saavuttaako järjestelmä täyden latauksen säännöllisesti. Toimittaja, joka määrittää spesifikaatiot näiden tietojen perusteella sen sijaan, että valitsee kalliimman vaihtoehdon, on otettava vakavasti. Jos et saa käyttöjaksoosi liittyvää spesifikaatioperustetta, tarvitset nämä tiedot ennen tarjouspyynnön lähettämistä.

Tietoja DALYsta

DALY suunnittelee ja valmistaa litiumakkujen hallintajärjestelmiä laitevalmistajille, akkupakkausten valmistajille ja integraattoreille, ja sen tuotteita käytetään yli 130 maassa. Vuonna 2015 perustettu DALY toimii ISO 9001 / ISO 14001 -järjestelmien mukaisesti ja täyttää CE- ja RoHS-vaatimukset. Energian varastointilinjalla on UL Recognized Component -status (ei täyttä UL-järjestelmäsertifiointia – erottelu on tärkeä Pohjois-Amerikan projekteissa), ja dokumentaatio tukee järjestelmätason sertifiointia akkupakkausten tai järjestelmien tasolla.

Määritätkö aktiivisen tasapainotuksen varastointiprojektiisi?

Jos olet kartoittamassa aurinkoenergian varastointi-, kotitalouksien akku- tai pienyritysten ESS-projektia ja haluat määrittää tasapainotuksen oikein, DALY-suunnittelutiimi voi tarkistaa käyttösuhteesi ja auttaa sinua sovittamaan rakennusautomaatiojärjestelmän lähestymistapaan.

• Jaa käyttöjaksosi: päivittäinen käyttöjakson syvyys, odotettu käyttöikä, pakkauskoko, rinnakkaiskokoonpano
• Pyydä 4. sukupolven LK / LM-B -spesifikaatioita
• Sähköposti:dalybms@dalyelec.com

Aktiivisen tasapainotuksen tuotesivu:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/