Коли системам накопичення енергії потрібне активне балансування (і коли пасивного достатньо)

Проблема щоденної їзди на велосипеді. Пасивне балансування не було розроблено для вирішення проблеми.

Споживчий електровелосипедний акумулятор розряджається приблизно раз на день, часто рідше. Електроінструмент використовується короткими періодами. Більшість літієвих акумуляторів дають акумулятору достатньо часу для спокою, і будь-який невеликий дисбаланс між елементами повільно виправляється у фоновому режимі. Пасивне балансування — зазвичай близько 100 мА, що передається через найвищий елемент під час максимального заряду — чудово працює для такого профілю навантаження.

Зберігання енергії — це інша справа. Домашній акумулятор із сонячною батареєю глибоко розряджається та заряджається щодня, рік за роком. Комерційна система зберігання може циклічно розряджатися та заряджатися кілька разів на день. Протягом тисяч циклів навіть невеликі відмінності між елементами — виробничі допуски, незначні різниці у віці, градієнти температури по всьому 16S акумулятору — накопичуються у вимірний дрейф напруги. Акумулятор перестає бути однорідним ланцюгом і починає поводитися як його найслабший елемент. Ємність усього акумулятора падає, дисбаланс збільшується, і зрештою BMS повинна відключитися раніше, щоб захистити найслабший елемент, залишаючи корисну ємність незадіяною.

Саме цей режим відмови спонукає покупців накопичувачів енергії до активного балансування. Питання не в тому, чи активний варіант кращий загалом, а в тому, чи є робочий цикл вашого проекту достатньо вимогливим, щоб пасивне балансування не могло його встигати.

Що насправді робить пасивне балансування 100 мА (і де воно не підходить для ESS)

Пасивне балансування працює шляхом спалювання надлишкової енергії з елементів, які першими досягають повного заряду, у вигляді невеликої кількості тепла на шунтуючому резисторі. Типового струму пасивного балансування 100 мА достатньо для обробки дрейфу, який накопичується в менш потужних пристроях, але він має два структурні обмеження, що мають значення для зберігання даних:

• Він діє лише на вершині заряду.Пасивній системі потрібно, щоб елементи досягли порогу балансування (зазвичай високого рівня заряду), перш ніж вона зможе їх вирівняти. У режимі зберігання з частковим циклом, який рідко призводить до повного заряду, пасивне балансування має менше можливостей для роботи.
• Його швидкість невелика порівняно з дрейфом, який може накопичуватися щодня.У деяких робочих циклах ESS дисбаланс може накопичуватися швидше, ніж здатна виправити пасивна система балансування 100 мА, яка застосовується лише в обмеженому періоді на піку заряду, тому розрив може збільшуватися протягом місяців, а не зменшуватися.

Для застосувань з малим робочим циклом пасивне балансування добре відповідає робочому циклу та додає найменших витрат. Проблема, зокрема, для ESS, полягає в невідповідності між швидкістю дрейфу та швидкістю корекції, коли робочий цикл високий.

Що додає активне балансування (і в чому полягає справжня цінність)

Активне балансування працює шляхом передачі енергії від елементів вищої напруги до елементів нижчої напруги — зазвичай через індуктивний або ємнісний передавальний контур — а не спалювання її у вигляді тепла. З цього випливають два практичні наслідки:

• Вищий балансувальний струм.Там, де пасивний струм становить близько 100 мА, спеціалізований активний балансувальний струм у системах управління системою зберігання даних зазвичай знаходиться в діапазоні 1 А — на порядок швидша корекція.
• Він може працювати з більшою частиною діапазону SOC,не лише на максимальному рівні заряду. Це важливо під час зберігання, коли акумулятор рідко може бути заряджений на 100%.

Кінцевим результатом проекту ESS є те, що дрейф напруги на елементах можна коригувати зі швидкістю, яка більше відповідає швидкості її накопичення. Активне балансування може допомогти батареї залишатися ближчою до однорідної ланцюжка протягом терміну служби, зменшуючи ймовірність того, що корисна ємність буде вичерпана найслабшою коміркою. Варто пам'ятати про таке уточнення: продуктивність балансування під час експлуатації залежить від решти системи — узгодження батареї та елементів на початку, теплового розподілу по ланцюжку та того, де в вікні SOC дозволено працювати балансуванню. Конкретні дані балансування для заданої конфігурації батареї слід підтверджувати з командою інженерів, а не робити припущень лише на основі технічних даних.

Коли пасивного балансування достатньо (не перестарайтеся)

Активне балансування не є оновленням за замовчуванням. Для широкого кола застосувань пасивне є справді правильним рішенням:

• Легкі резервні системи, які нечасто циклічно вмикаються та виключаються
• Блоки ДБЖ для телекомунікацій, які працюють переважно в резервному режимі та рідко повністю розряджаються/заряджаються
• Невелике споживче сховище, де економічні показники проекту не виправдовують додаткові витрати на BMS
• Добре підібрані комірки з жорсткою початковою толерантністю, де дрейф накопичується повільно

Використання активного балансування для цих застосувань збільшує витрати без пропорційної вигоди. Гарний постачальник підкаже вам, коли пасивне балансування є правильним рішенням для вашого проекту, і червоним прапорцем, на який варто звернути увагу, є постачальник, який рекомендує активне балансування для кожного проекту без чіткого технічного обґрунтування, пов'язаного з вашим робочим циклом.

Коли варто обрати активне балансування для вашого проекту зберігання даних

Умови робочого циклу, які схиляють чашу терезів у бік активного накопичення енергії, є досить специфічними. Якщо ваш проект відповідає кільком із них, варто вказати активне балансування:

• Щоденне глибоке велоспортування.Сонячні батареї, що розряджаються суттєво щодня, рік за роком, накопичують дрейф швидше, ніж це може виправити періодичне балансування максимального заряду.
• Багаторічний очікуваний термін служби.Чим довше очікується робота системи, тим більший кумулятивний дрейф допоможе вам захистити за допомогою активного балансування.
• Більші конфігурації упаковки.У ланцюзі 16S більше місць для розвитку дрейфу, ніж у ланцюзі 8S, оскільки більша кількість послідовно з'єднаних елементів збільшує ймовірність варіації між елементами по всьому ланцюжку. Накопичувачі на 48 В (15-16S) і вище отримують більше користі від швидшої корекції.
• Архітектура паралельної упаковки.Активне балансування працює на рівні комірки всередині кожної пачки — воно не вирівнює навантаження між паралельними пачками, але допомагає кожній окремій пачці підтримувати внутрішню узгодженість, що сприяє більш передбачуваній поведінці, коли кілька пачок працюють разом у банку.
• Робота з частковим циклом.Якщо ваш профіль зберігання рідко заряджає акумулятор повністю (зменшення пікового навантаження, оптимізація власного споживання), залежність пасивного балансування від вікна максимальної зарядки стає реальним обмеженням.

Довідник швидкого вибору

Підсумовуючи, ось як активне та пасивне балансування зазвичай співвідносяться у поширених застосуваннях. Розглядайте це як відправну точку для вашого запиту цінової пропозиції, а не як заміну для зіставлення з вашим конкретним робочим циклом:

Таблиця є відправною точкою; уточнюйте її відносно вашого фактичного профілю робочого циклу, а не лише відповідно до етикетки застосування.

Активне балансування DALY для систем зберігання даних

Для проектів, де активне балансування є правильною специфікацією, лінійка систем зберігання енергії DALY 4-го покоління BMS забезпечує її вбудовану. Варіант LK забезпечує активне балансування 1A для стандартних конфігурацій домашнього зберігання; варіант LM-B забезпечує активне балансування 2A для систем з більшим струмом та більшою ємністю. Обидва підтримують 8-16S LFP та архітектуру паралельних пакетів, поширену в домашніх та невеликих комерційних системах зберігання, масштабуючи до 16 пакетів паралельно (близько 160 кВт·год на мережу) для проектів, що зростають з часом.

Два уточнення, які варто врахувати в будь-якій розмові перед поданням запиту цінових пропозицій: балансування продуктивності під час розгортання залежить від решти системи, як обговорювалося вище, а конкретні дані конфігурації, включаючи логіку тригерів балансування, вікно SOC та інструкції щодо зіставлення пакетних комірок, – це те, над чим команда інженерів працюватиме з вами на проектній основі, а не щось, що можна зробити висновками з технічного опису.

Часті запитання

Q1Чи завжди активне балансування 1A краще, ніж пасивне 100mA?

Не завжди — те, що вважається кращим, залежить від того, як ваш робочий цикл впливає на акумулятор. Для застосувань, де дрейф накопичується повільно (резервне живлення за невеликих умов, неглибоке циклування), пасивна корекція 100 мА вирішує проблему та додає найменших витрат. Для застосувань, де дрейф накопичується швидше, ніж це можуть виправити 100 мА (щоденне глибоке циклування під час зберігання), активна корекція 1 А краще вирішує проблему. Підберіть підхід до балансування відповідно до вашого робочого циклу, а не навпаки.

Q2Чи продовжує активне балансування термін служби?

Термін служби є властивістю самих елементів, а не чимось, що створює балансування. Активне балансування допомагає батареї досягти номінального терміну служби елементів, зменшуючи ризик дисбалансу, який виштовхує окремі елементи за межі їх безпечного робочого вікна. Елементи визначають межу; балансування допомагає вам фактично наблизитися до цієї межі, а не бути обмеженим найслабшим елементом. Конкретні дані про термін служби вашої конфігурації обговорюються на рівні проекту з командою інженерів.

Q3Якщо я не впевнений, чи потрібен активний чи пасивний режим для мого проєкту, що мені робити?

Надайте постачальнику профіль вашого робочого циклу — щоденну глибину циклу, очікувану кількість циклів на рік, цільовий термін служби, розмір упаковки та чи буде система регулярно досягати повної зарядки. Постачальника, який визначає характеристики на основі цієї інформації, а не за замовчуванням обирає дорожчий варіант, слід сприймати серйозно. Якщо ви не можете отримати обґрунтування специфікації, яке пов'язане з вашим робочим циклом, саме ці дані вам потрібні до того, як буде опубліковано запит цінової пропозиції.

Про ДЕЙЛІ

Компанія DALY проектує та виробляє системи керування літієвими акумуляторами для виробників оригінального обладнання, виробників акумуляторних батарей та інтеграторів, а її продукція використовується у понад 130 країнах. Заснована у 2015 році, компанія DALY працює за системами ISO 9001 / ISO 14001 з дотриманням стандартів CE та RoHS; лінійка накопичувачів енергії має статус сертифікованого компонента UL (не повну сертифікацію системи UL — ця відмінність важлива для північноамериканських проектів), з документацією, що підтверджує сертифікацію на рівні системи на рівні акумулятора або системи.

Визначення активного балансування для вашого проекту зберігання даних?

Якщо ви розглядаєте об'єм проекту сонячного накопичення енергії, домашньої батареї або невеликої комерційної системи енергопостачання (ESS) і хочете правильно визначити балансування, інженерна команда DALY може переглянути ваш робочий цикл і допомогти вам підібрати підхід BMS до нього.

• Поділіться своїм робочим циклом: щоденна глибина циклу, очікуваний термін служби, розмір пакета, паралельна конфігурація
• Запит документації щодо специфікацій LK / LM-B 4-го покоління
• Електронна пошта:dalybms@dalyelec.com

Сторінка продукту «Активне балансування»:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/