Kako sustav za skladištenje energije aktivnog balansiranja rješava probleme neslaganja baterija

Održavanje jednakoga ponašanja ćelija u velikim rackovima baterija ostaje jedan od najtežih izazova u industriji skladištenja energije. U komercijalnim i komunalnim instalacijama pojedinačne ćelije rijetko ostaju savršeno usklađene tijekom vremena. Neznačna razlika u naponu i stanju naboja postupno narušava kapacitet sustava, ubrzava starenje i predstavlja ozbiljne toplinske rizike.

Upotreba aktivnog sustava ravnoteže direktno rješava te neravnoteže na razini stanica. Aktivnim balansiranjem energije koja se aktivno prenosi iz visoko napunjenih ćelija u slabije ćelije, obnovljen je kapacitet, izmireni su temperaturni skokovi i na godinama se sigurno rade velike uređaje za pohranu.

U osnovi uzroki neskladnosti stanica u velikim mrežama za skladištenje energije

Ne postoje dvije litijum-jonske ćelije s iste fizičke osobine. Mikroskopske varijacije u debljini premaza elektrode, gustoći separatora i raspodjeli elektrolita stvaraju inherentne razlike u kapacitetu i unutarnjem otporu od prvog dana.

Kada se stotine ili tisuće stanica povežu u seriju i paralelno, ove početne varijanse se povećavaju. Čelija s malo većim unutarnjim otporom doživljava veći stres tijekom teških ciklusa punjenja ili pražnjenja. Ovaj dodatni stres ubrzava razgradnju stanice, zbog čega ona brže gubi kapacitet od susjednih stanica.

Radno okruženje igra jednako destruktivnu ulogu. Temperatura u rafu baterije često u rasponu od 5°C do 10°C u velikim prostorijama iskrivlja lokalnu stopu starenja. Čelije smještene bliže snažnoj elektronici ili unutar središnjih područja stojala vruće su od onih duž vanjskih rubova. Budući da veće radne temperature ubrzavaju kemijsku degradaciju, toplije stanice staruju do 30% brže. Tijekom stotina ciklusa, ovaj neravnomjerni toplinski pejzaž stvara širok raspon napona ćelija i razine stanja naboja. Bez kontinuirane korekcije, cijeli niz baterije završi ograničen jednom najslabijom ćelijom.

Prava cijena neravnoteže u ćelijama na upotrebljivu kapacitetu i trajanje baterije

U slučaju da se u serijskom vezivu ne pojavi manjak neusklađenosti stanja naboja, to dovodi do nesrazmjerno ozbiljnih gubitaka performansi. Kada se naponi ćelije razlikuju, standardni ciklusi punjenja prekidaju se čim ćelija s najvećim naponom dostigne svoj gornji prag napona. Naprotiv, pražnjenje se završava u trenutku kada ćelija najnižeg napona dostigne svoju donju granicu.

Ovo prijevremeno prekidanje povezuje upotrebljivu energiju unutar preostalih stanica, drastično smanjujući prozor upotrebljive kapacitete paketa. Neovisno ispitivanje na terenu potvrđuje da se naizgled mala 5% neravnoteža stanja naboja u nizu može smanjiti ukupni upotrebljivi kapacitet skladištenja za čak 22%.

Osim gubitka korisnih kilovat-satova, neravnoteža stanica dramatično skraćuje radni vijek cijelog sustava. Slabim ćelijama u neravnotežnom lancu stalno se daje da dostignu apsolutnu granicu napona. Ovaj neprekidni pretjerani stres ubrzava rast čvrste elektrolite, povećava unutarnji otpor i povećava vjerojatnost polivanja litijem na anodi. Podaci iz trgovačkih mjesta pokazuju da nekorigirana divergencija ćelija ubrzava degradaciju životnog ciklusa za 30 do 40%, što vlasnike sredstava prisiljava na skupu, prijevremenu zamjenu modula baterije.

Kako neovlaštene ćelijske neravnoteže izazivaju opasnost od toplinske eksplozije

Osim gubitka sposobnosti vožnje, ćelijska divergencija predstavlja temeljnu prijetnju sigurnosti fizičkog mjesta. Kada jedna ćelija postane ozbiljno neravnotežna, doživljava povišen električni stres tijekom punjenja velike snage. Ovaj stres stvara višak toplote, stvarajući lokalizirane vruće točke unutar tesno zapakiranih modula.

U kemiji visoke gustoće energije, neprovjerena vruća točka koja doseže povišene temperature može pokrenuti samoodržljive egzotermne reakcije. U skladu s člankom 3. stavkom 2. stavkom 2.

Kada se jedna ćelija otvori, intenzivno toplinsko zračenje brzo se širi do susjednih ćelija. U sustavima s visokom gustoćom, ovaj domino efekt može uzrokovati široko širenje u roku od nekoliko sekundi. U slučaju da se ne primjenjuje sustav za zaštitu od topline, sustav za zaštitu od topline može se koristiti za zaštitu od topline. Ravnotežavanje na razini ćelije u stvarnom vremenu pruža preventivne mjere potrebne za presretanje lokalnog prepunjenja prije nego što se pojave toplinske kaskade.

Topologije redistribucije energije bez raspršivanja

Tradicionalno pasivno uravnoteženje upravlja divergencijom ćelija spaljivanjem viška naboja kroz otpornike, stvarajući neželjenu toplinu unutar ormara baterije. Aktivni sustavi uravnoteženja uklanjaju ovu manu tako što ne koriste dissipativni pristup: energija se prikuplja iz jačih ćelija s visokim nabojem i dinamički se preusmjerava na ćelije s nižim nabojem.

Sredstva za upravljanje energijom

Aktivno uravnotežavanje na bazi kondenzatora koristi visokofrekventne mreže za prekidač u paru s standardnim kondenzatorima za transport punjenja između susjednih stanica. Sistem povezuje kondenzator za privremenu pohranu preko ćelije s većim naponom, punjenje kondenzatora odmah. Matrica za prekidač zatim prebacuje kondenzator na ćeliju nižeg napona, ispuštajući u nju pohranjeni naboj.

Budući da ovaj proces prenosi naboj isključivo kroz razlike električnog potencijala bez otpornog sagorevanja, gubici energije ostaju minimalni. Kondenzatorski prevoz radi iznimno dobro za izravnavanje suptilnih razlika napona između susjednih stanica, dok se unutarnja toplota ormara održava na minimum.

Topologije induktornih i transformatornih sustava

Za primjene koje zahtijevaju brži, izolirani prijenos energije, magnetne topologije aktivnog uravnotežavanja oslanjaju se na spregnute induktorje ili transformatore s više uzvijanja. Umjesto da slijedeći niz susjednih stanica prenose naboj, sustavi zasnovani na induktorima prenose energiju magnetno s učinkovitostju koja rutinski doseže 95%.

Dvosmjerne arhitekture konverzije izravnog struje u izravni struju još više podupiru ovu fleksibilnost. Usmjeravanjem energije na zajedničku unutarnju DC autobus, sustav može izvući snagu iz ćelije na vrhu stojala i hraniti je izravno u ćeliju koja se bori na drugom kraju lanca. Ova sposobnost transfera prekopunske žice potpuno zaobilazi međusobne ćelije, pružajući brze brzine uravnoteženja preko masivnih, višemegvatnih postrojenja.

U skladu s člankom 4. stavkom 1.

Uvođenje aktivnog uravnotežavanja u projekte skladištenja na nivou javnih usluga daje mjerljive operativne koristi. U dokumentiranom komercijalnom korištenju litijum-jonskih sustava od 2,4 MWh koji su podložni svakodnevnom ciklusu, arhitektura aktivnog upravljanja ravnotežom uspješno je održala 98,7% jedinstvenost stanja punjenja na razini paketa tijekom više od 1.200 neprekidnih ciklusa.

Držeći razlikovanje napona između stanica ispod 15 milivolti, postrojenje za skladištenje eliminiralo je gubitak kapaciteta koji se obično uzrokuje zbog zastojnih naboja, omogućavajući proizvodnju upotrebljive energije da se godišnje poklapa s izvornim vrijednostima oznake.

Aktivno uravnotežavanje također pruža značajne prednosti brzine tijekom događaja brzog punjenja. Korigiranjem pomicanja na razini ćelije do 85% brže od pasivnih alternativa, aktivni sustavi sprečavaju pojedinačne ćelije da rano pogode gornje točke napona. U skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) Uredbe (EU) br. 528/2012 Komisija je odlučila o uvođenju mjera za utvrđivanje odgovarajućih mjera za utvrđivanje odgovarajućih mjera za utvrđivanje mjera za utvrđivanje mjera za utvrđivanje mjera za utvrđivanje mjera za utvrđivanje mj Osim toga, smanjenje lokalnih vrućih točaka smanjuje prosječne radne temperature paketa za nekoliko stupnjeva, što dodaje procjene godina ukupnom kalendaru života instalacije.

Uvođenje aktivnog uravnotežavanja u razmjerne BMS-ove

Dizajniranje komercijalnog sustava baterija oko aktivnog uravnotežavanja zahtijeva modularnu, inteligentnu arhitekturu BMS-a. Aktivni uravnotežavajući krugovi, izgrađeni oko kompaktnih dvosmjernih pretvarača DC-DC, ugrađeni su izravno u pojedinačne robske ploče modula. Centralni glavni upravljač koordinira podatke iz tih modula u stvarnom vremenu, izvršavajući algoritme ravnoteže na temelju dinamičke impedance ćelije, karata temperature i trenutnih odčitaka stanja naboja.

Izgradnja pouzdanih sustava za skladištenje energije visoke gustoće zahtijeva duboku stručnost u pakiranju stanica, automatiziranoj montaži i naprednom toplinskom dizajnu. Proizvodni partneri kao što su Hano Energy u skladu s člankom 21. stavkom 1. Integracijom preciznog usklađivanja ćelija s automatiziranim BMS platformama aktivnog uravnotežavanja, Hano Energy pomoć za razvoj sustava, EPC izvođače i komercijalne partnere u pružanju sigurnih, visoko učinkovitih sustava baterija dizajniranih za dug životni vijek.