Når energilagringssystemer trenger aktiv balansering (og når passiv balansering er nok)

Problemet med daglig sykling Passiv balansering var ikke designet for

En elsykkelpakke for forbrukere sykler kanskje én gang om dagen, ofte sjeldnere. Et elektroverktøy brukes i korte perioder. De fleste generelle litiumapplikasjoner gir pakken god tid til å hvile, og enhver liten ubalanse mellom cellene korrigeres sakte i bakgrunnen. Passiv balansering – vanligvis rundt 100 mA shunert over den høyeste cellen under toppen av ladingen – fungerer helt fint for den driftsprofilen.

Energilagring er annerledes. Et solkoblet hjemmebatteri sykler dypt hver eneste dag, år etter år. Et kommersielt lagringssystem kan sykle flere ganger om dagen. Over tusenvis av sykluser akkumuleres selv små forskjeller mellom celler – produksjonstoleranse, små aldersforskjeller, temperaturgradienter på tvers av en 16S-pakke – til målbar spenningsdrift. Pakken slutter å være en ensartet streng og begynner å oppføre seg som sin svakeste celle. Hele pakkekapasiteten synker, ubalansen øker, og til slutt må BMS-en koble fra tidlig for å beskytte den svakeste cellen – noe som etterlater brukbar kapasitet strandet.

Dette er feilmodusen som trekker kjøpere av energilagring mot aktiv balansering. Spørsmålet er ikke om aktiv er bedre generelt – det er om prosjektets driftssyklus er krevende nok til at passiv balansering ikke kan holde tritt.

Hva 100mA passiv balansering faktisk gjør (og hvor den ikke er like god som ESS)

Passiv balansering fungerer ved å brenne av overflødig energi fra celler som først når full lading, som små mengder varme over en shuntmotstand. En typisk passiv balanseringsstrøm på 100 mA er nok til å håndtere driften som akkumuleres i lettere applikasjoner – men den har to strukturelle begrensninger som er viktige for lagring:

• Den virker bare på toppen av ladningen.Et passivt system trenger at cellene når balanseringsterskelen (vanligvis høy SOC) før det kan utjevne dem. I delvis sykluslagringsdrift som sjelden ser full lading, får passiv balansering mindre mulighet til å fungere.
• Hastigheten er liten i forhold til driften som kan akkumuleres daglig.I noen ESS-driftssykluser kan ubalanse akkumuleres raskere enn et passivt balanseringssystem på 100 mA – som kun brukes i et begrenset vindu på toppen av ladetiden – klarer å korrigere, slik at gapet kan øke over måneder i stedet for å lukkes.

For applikasjoner med lav syklus tilpasser passiv balansering driftssyklusen godt og gir lavest mulig kostnad. Problemet for ESS spesifikt er misforholdet mellom drifthastighet og korreksjonshastighet når driftssyklusen er høy.

Hva aktiv balansering tilfører (og hvor den virkelige verdien ligger)

Aktiv balansering fungerer ved å overføre energi fra celler med høyere spenning til celler med lavere spenning – vanligvis gjennom en induktiv eller kapasitiv overføringskrets – i stedet for å brenne den av som varme. To praktiske konsekvenser følger:

• Høyere balanseringsstrøm.Der passiv er rundt 100 mA, er dedikert aktiv balansering i lagrings-BMS vanligvis i 1A-området – en størrelsesorden raskere korreksjon.
• Den kan fungere på tvers av flere av SOC-området,ikke bare på toppen av ladingen. Dette er viktig ved lagring der pakken sjelden har 100 % kapasitet.

Nettoresultatet for et ESS-prosjekt er at cellespenningsdrift kan korrigeres med en hastighet som samsvarer bedre med hastigheten den akkumuleres. Aktiv balansering kan hjelpe pakken med å holde seg nærmere en jevn streng over levetiden, noe som reduserer sannsynligheten for at brukbar kapasitet strandes av den svakeste cellen. Kvalifikatoren som er verdt å huske på: balanseringsytelsen i drift avhenger av resten av systemet – pakke-celle-samsvar i starten, termisk spredning over strengen og hvor i SOC-vinduet balanseringen har lov til å operere. Spesifikke balanseringsdata for en gitt pakkekonfigurasjon er noe som må bekreftes med ingeniørteamet i stedet for å anta bare fra databladet.

Når passiv balansering er nok (ikke overspesifiser)

Aktiv balansering er ikke en standardoppgradering. For en rekke bruksområder er passiv virkelig det riktige svaret:

• Lette backup-systemer som sykler sjelden
• Telekom-UPS-pakker som primært fungerer som standby og sjelden dypsyklus
• Liten lagring i forbrukerskala der prosjektøkonomien ikke rettferdiggjør den ekstra BMS-kostnaden
• Godt tilpassede celler med stram initial toleranse, hvor drift akkumuleres sakte

Å spesifisere aktiv balansering for disse applikasjonene øker kostnadene uten proporsjonal fordel. En god leverandør vil fortelle deg når passiv er det riktige svaret for prosjektet ditt – og et rødt flagg verdt å merke seg er en leverandør som anbefaler aktiv balansering for hvert prosjekt uten en klar teknisk begrunnelse knyttet til driftssyklusen din.

Når aktiv balansering er verdt å spesifisere for lagringsprosjektet ditt

Driftssyklusbetingelsene som tipper balansen mot aktiv for energilagring er rimelig spesifikke. Hvis prosjektet ditt oppfyller flere av disse, er aktiv balansering verdt å spesifisere:

• Daglig dyp sykling.Solkoblet lagring som utlades betydelig hver dag, år etter år, akkumulerer drift raskere enn periodisk toppladningsbalansering kan korrigere.
• Forventet levetid på flere år.Jo lenger systemet forventes å kjøre, desto mer kumulativ drift hjelper aktiv balansering deg med å beskytte mot.
• Større pakkekonfigurasjoner.En 16S-streng har flere steder for driftutvikling enn en 8S-streng, fordi et større antall celler i serie øker sannsynligheten for variasjon fra celle til celle på tvers av strengen. Lagringspakker på 48V (15–16S) og over drar større nytte av raskere korreksjon.
• Parallell pakkearkitektur.Aktiv balansering opererer på celle-til-celle-nivå i hver pakke – den utjevner ikke mellom parallelle pakker, men den hjelper hver enkelt pakke med å opprettholde intern konsistens, noe som støtter mer forutsigbar oppførsel når flere pakker opererer sammen i en bank.
• Delsyklusdrift.Hvis lagringsprofilen din sjelden tar pakken til full lading (peak-shaving, optimalisering av selvforbruk), blir passiv balanserings avhengighet av toppladingsvinduet en reell begrensning.

Hurtigvalgreferanse

For å oppsummere, slik er det vanligvis knyttet til aktiv kontra passiv balansering i vanlige applikasjoner. Bruk dette som et utgangspunkt for din tilbudsspørsmål, ikke en erstatning for matching mot din spesifikke driftssyklus:

Tabellen er en startreferanse; spesifiser mot din faktiske driftssyklusprofil i stedet for kun applikasjonsetiketten.

DALY aktiv balansering for lagringsapplikasjoner

For prosjekter der aktiv balansering er riktig spesifikasjon, har DALYs 4. generasjons energilagrings-BMS-linje dette innebygd. LK-varianten gir 1A aktiv balansering for standard hjemmelagringskonfigurasjoner; LM-B-varianten gir 2A aktiv balansering for systemer med høyere strømstyrke og større kapasitet. Begge støtter 8-16S LFP og parallellpakkearkitekturen som er vanlig i hjemmelagring og små kommersielle lagringsenheter, og skalerer opptil 16 pakker parallelt (rundt 160 kWh per nettverk) for prosjekter som vokser over tid.

To kvalifikatorer som er verdt å merke seg i enhver samtale før en tilbud på leverandørtilbud: balansering av ytelse i utrulling avhenger av resten av systemet som omtalt ovenfor, og spesifikke konfigurasjonsdata – inkludert balansering av triggerlogikk, SOC-vindu og veiledning for pakkecelle-samsvar – er noe ingeniørteamet vil jobbe gjennom med deg på prosjektbasis i stedet for noe å anta fra et datablad.

Ofte stilte spørsmål

Q1Er 1A aktiv balansering alltid bedre enn 100mA passiv?

Ikke alltid – hva som teller som bedre avhenger av hva arbeidssyklusen din gjør med pakken. For applikasjoner der driften akkumuleres sakte (lett backup, grunne syklinger), matcher 100 mA passiv korreksjon problemet og legger til minst kostnad. For applikasjoner der driften akkumuleres raskere enn 100 mA kan korrigere (daglig dyp sykling i lagring), matcher 1 A aktiv korreksjon problemet bedre. Tilpass balanseringsmetoden til arbeidssyklusen din, ikke omvendt.

Q2Forlenger aktiv balansering syklusens levetid?

Sykluslevetid er en egenskap ved selve cellene, ikke noe balansering skaper. Det aktiv balansering gjør er å hjelpe pakken med å nå cellenes nominelle levetid ved å redusere risikoen for ubalanse som presser individuelle celler ut av sitt sikre driftsvindu. Cellene bestemmer taket; balansering hjelper deg med å faktisk nærme deg det taket i stedet for å bli begrenset av den svakeste cellen. Spesifikke levetidsdata for konfigurasjonen din er en samtale på prosjektnivå med ingeniørteamet.

Q3Hvis jeg er usikker på om prosjektet mitt trenger aktiv eller passiv redigering, hva bør jeg gjøre?

Gi leverandøren din driftssyklusprofil – daglig syklusdybde, forventede sykluser per år, mållevetid, pakkestørrelse og om systemet vil lades opp regelmessig. En leverandør som spesifiserer basert på denne informasjonen i stedet for å velge det dyrere alternativet som standard, er den du bør ta på alvor. Hvis du ikke kan få en spesifikasjonsbegrunnelse som er knyttet tilbake til driftssyklusen din, er det dataene du trenger før tilbudet sendes ut.

Om DALY

DALY designer og produserer litiumbatteristyringssystemer for OEM-er, pakkeprodusenter og integratorer, med produkter som brukes i over 130 land. DALY ble grunnlagt i 2015 og opererer under ISO 9001/ISO 14001-systemer med CE- og RoHS-samsvar. Energilagringslinjen har UL Recognized Component-status (ikke full UL-systemsertifisering – skillet er viktig for nordamerikanske prosjekter), med dokumentasjon som støtter systemnivåsertifisering på pakke- eller systemnivå.

Spesifiserer du aktiv balansering for lagringsprosjektet ditt?

Hvis du vurderer et sollagringsprosjekt, et hjemmebatteri eller et lite kommersielt ESS-prosjekt og ønsker å spesifisere balanseringen riktig, kan DALYs ingeniørteam gjennomgå driftssyklusen din og hjelpe deg med å matche BMS-tilnærmingen til den.

• Del din driftssyklus: daglig syklusdybde, forventet levetid, pakkestørrelse, parallell konfigurasjon
• Be om dokumentasjon for spesifikasjonene for 4. generasjon LK/LM-B
• E-post:dalybms@dalyelec.com

Produktside for aktiv balansering:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/