Expandir um Sistema de armazenamento de iões de sódio de 48 V não se trata apenas de adicionar mais uma bateria em paralelo. Um maior número de baterias pode aumentar o tempo de reserva, mas também pode causar desequilíbrio do SOC, repartição desigual da corrente, ativação prematura da proteção do BMS, indicação imprecisa do tempo de autonomia e dificuldade na recuperação após uma descarga profunda.
Uma vez que as baterias de iões de sódio diferem das baterias de chumbo-ácido ou LiFePO₄ no que diz respeito à curva de tensão, ao mapeamento do SOC, ao carregamento a baixas temperaturas e à lógica do BMS, a indicação «compatível com baterias de 48 V» nem sempre significa que o sistema esteja preparado para expansão.
A questão fundamental é saber se o seu conjunto de baterias ampliado consegue carregar, descarregar, emitir alertas, reduzir a potência e recuperar o funcionamento como um sistema coordenado.
Bateria de iões de sódio Kamada Power de 48 V, 200 Ah e 10 kWh
Comece pelos limites do sistema existente
Antes de aumentar a capacidade, é importante compreender primeiro o que o seu sistema atual de 48 V está realmente a fazer.
Uma bateria de reserva leve é diferente de um banco de baterias ligado a um inversor, a um retificador de telecomunicações, a um sistema solar autónomo, a um sistema de alimentação de uma autocaravana, a uma torre de CCTV móvel, a um dispositivo de armazém ou a uma carga industrial.
O seu projeto pode necessitar de um tempo de reserva mais longo, de uma corrente de pico mais elevada, de uma melhor recuperação em climas frios ou de maior autonomia durante os dias nublados. No entanto, o seu sistema pode não estar, de todo, limitado pela capacidade da bateria. Pode estar limitado pelo carregador, pelo inversor, pelo percurso do cabo, pela configuração de proteção ou pelo limite de corrente do BMS.
É por isso que a expansão deve começar pelo limite real do sistema, e não apenas pelo desejo de obter mais Ah.
Se o seu inversor desligar devido a uma queda de tensão, a adição de outro conjunto de baterias só poderá ajudar se a partilha de corrente melhorar. Se o seu carregador não conseguir recuperar o banco de baterias após uma descarga profunda, a adição de mais conjuntos de baterias poderá tornar a recuperação mais lenta. Se um conjunto de baterias já entrar em modo de proteção prematuramente, a expansão poderá ocultar o sintoma em vez de o resolver.
Antes da aprovação, o seu fornecedor de baterias deve analisar o modelo da bateria, a embalagem, o modelo do carregador ou do inversor, as definições de carregamento, a carga de pico, a disposição dos cabos, o intervalo de temperatura, os requisitos de comunicação e o objetivo de reserva.
O desequilíbrio do SOC geralmente começa antes da instalação do novo pacote
O desequilíbrio do SOC nem sempre surge após meses de utilização. Pode surgir logo no primeiro dia após a instalação.
Se o novo conjunto de baterias for ligado com uma tensão ou um SOC diferentes dos do conjunto existente, poderá circular uma corrente de equalização entre os conjuntos. Esta corrente nem sempre é controlada pelo carregador e pode contornar o comportamento normal de carregamento previsto pelo BMS.
Isto é especialmente arriscado quando se adiciona um novo conjunto de baterias a um banco de 48 V mais antigo.
A bateria existente pode ter envelhecido, apresentado desvios na estimativa do SOC ou desenvolvido uma resistência interna mais elevada. A nova bateria também pode ter firmware, calibração, comportamento do lote de células ou histórico de armazenamento diferentes.
A mesma tensão nominal não significa o mesmo estado de funcionamento.
Uma estratégia mais segura consiste em ajustar as baterias para uma tensão e um intervalo de SOC compatíveis, de acordo com as regras de ligação em paralelo do fornecedor. O seu fornecedor deve também confirmar se é permitido ligar em paralelo baterias antigas e novas, de lotes diferentes ou com versões diferentes do BMS.
No caso dos sistemas de iões de sódio de 48 V, não se deve aprovar a expansão apenas pelo facto de ambas as baterias serem designadas como «48 V». A tensão de carga, o limite de corrente, as regras de carga em função da temperatura, o corte de descarga, a lógica de ativação e a comunicação devem corresponder aos limites validados do conjunto de baterias.
A partilha de corrente depende da resistência, e não das boas intenções
Num banco de baterias em paralelo, a corrente não se distribui igualmente só porque os conjuntos de baterias têm a mesma tensão nominal.
A corrente segue o caminho de menor resistência. Esse caminho é determinado pela resistência interna, pelo comprimento do cabo, pelos terminais, pela conceção das barras colectoras, pelos conectores, pelos fusíveis, pelos contactores, pela temperatura, pelo SOC e pelo comportamento do BMS.
Um conjunto com um percurso de menor resistência pode conduzir mais corrente de descarga e aceitar mais corrente de carga. Com o tempo, esse conjunto acaba por trabalhar mais do que os outros.
No caso dos conjuntos de baterias de iões de sódio de 48 V, a simetria dos cabos faz parte da conceção do sistema. Se um conjunto tiver um percurso de cabo mais curto, um conector em melhor estado, uma resistência do fusível mais baixa ou um melhor contacto nos terminais, poderá suportar uma carga maior, embora se veja apenas um banco de baterias.
As consequências podem ser graves. Uma bateria atinge um nível de carga (SOC) mais baixo mais rapidamente, entra em modo de proteção mais cedo e leva as restantes baterias a aproximarem-se dos seus próprios limites.
A expansão não deve limitar-se a verificar a tensão e os Ah. Deve também verificar a disposição da cablagem, a secção dos cabos, a conceção das barras colectoras, os fusíveis, os terminais e o ambiente térmico.
Adicionar um novo pacote a um banco antigo é o caso mais complicado
A forma mais fácil de ampliar o sistema é adicionar baterias idênticas no início de um projeto. A forma mais difícil de ampliar o sistema é adicionar uma nova bateria a um conjunto de baterias já existente.
As baterias novas e as antigas podem diferir em termos de capacidade útil, resistência interna, estimativa do SOC, taxa de autodescarga, firmware do BMS, comportamento de equilíbrio, histórico de temperatura e histórico de ciclos.
A bateria mais antiga poderá ativar a proteção contra baixa tensão mais cedo. A bateria nova poderá suportar uma carga maior. As leituras do SOC (estado de carga) ao nível da bateria poderão deixar de coincidir.
Isto não significa que a expansão seja impossível. Significa que a compatibilidade deve ser considerada como um limite de conceção.
A expansão padrão é mais adequada quando as baterias são do mesmo modelo, têm a mesma plataforma de tensão, a mesma versão do BMS, idade semelhante, SOC semelhante e estão equipadas com cablagem aprovada pelo fornecedor.
Uma revisão personalizada é mais segura quando se misturam baterias antigas e novas, quando as capacidades, o firmware ou os protocolos diferem, ou quando o sistema é utilizado para cargas elevadas do inversor, carregamento a frio, backup remoto, armários de telecomunicações ou operações industriais.
Os limites do BMS podem provocar uma perda gradual de capacidade
Cada bateria de iões de sódio tem os seus próprios limites de proteção do BMS. Isso é necessário por razões de segurança, mas, no funcionamento em paralelo, também pode dar origem a comportamentos ao nível do sistema que talvez não sejam os esperados.
Se um módulo atingir primeiro a proteção contra baixa tensão, a proteção contra sobrecorrente, o bloqueio de carga devido a baixa temperatura, a redução da potência devido a alta temperatura ou um alarme de comunicação, poderá desligar-se ou ver a sua disponibilidade reduzida.
Assim que um grupo fica para trás, os grupos restantes têm de suportar uma carga maior. Isto pode levá-los a aproximarem-se dos seus próprios limites e fazer com que o banco perca capacidade, passo a passo.
Pode esperar um único grande conjunto de baterias. Na realidade, o sistema pode comportar-se como se fossem vários conjuntos independentes que se ligam e desligam.
Se o inversor, o carregador ou o controlador não reconhecerem a disponibilidade ao nível do conjunto de baterias, o banco de baterias poderá desligar-se prematuramente ou apresentar um comportamento confuso em termos de SOC.
Este risco agrava-se em condições de elevada carga do inversor, baixo nível de carga (SOC), temperaturas baixas, percursos de cabos longos e histórico misto da bateria.
Um sistema expandido fiável deve continuar a funcionar em segurança, recuperar corretamente e indicar qual o pacote que causou o evento.
O ecrã SOC pode tornar-se menos fiável após a expansão
O SOC nem sempre é um simples valor partilhado num conjunto de baterias em paralelo.
Cada bateria pode estimar o SOC utilizando o seu próprio algoritmo do BMS. Essa estimativa depende da tensão, da corrente, da temperatura, do histórico de calibração, do tempo em modo de espera e dos ciclos anteriores.
Após a expansão, o seu sistema poderá apresentar um SOC combinado, um SOC do conjunto principal, um SOC estimado pelo inversor ou vários valores de SOC ao nível do conjunto. Estes valores podem não coincidir.
Essa discrepância nem sempre significa que uma das baterias esteja com defeito. Pode dever-se a histórias diferentes das baterias, à partilha de corrente, a desvios nas medições, a perdas em modo de espera ou a limites na estimativa do SOC.
O perigo é de natureza operacional.
Se o nível de carga (SOC) apresentado parecer elevado, enquanto uma bateria estiver prestes a entrar em modo de proteção, o seu sistema poderá avariar prematuramente. Se o valor apresentado parecer baixo, embora ainda haja energia utilizável, o seu sistema poderá desperdiçar capacidade.
Se o inversor receber dados errados relativos ao SOC ou ao limite de corrente, poderá carregar ou descarregar o banco de baterias de uma forma que aumente o desequilíbrio.
Após a expansão, o SOC deve ser considerado como uma estimativa do sistema e verificado em condições reais de carga e descarga, não devendo basear-se apenas nos valores apresentados no ecrã.
A comunicação pode prevenir o desequilíbrio ou ocultá-lo
Um conjunto paralelo de baterias de iões de sódio de 48 V pode funcionar como um simples sistema de armazenamento baseado na tensão ou como um sistema mais inteligente com comunicação entre conjuntos de baterias ou entre conjuntos de baterias e o inversor.
A comunicação só é útil quando fornece informações sobre parâmetros operacionais relevantes, tais como o nível de carga da bateria (SOC), a tensão, a corrente, a temperatura, os alarmes, os limites de corrente e o estado de ligação.
Uma porta CAN ou RS485, por si só, não garante a coordenação. O protocolo, o mapa de dados, a lógica mestre-escravo, a configuração de endereços, o comportamento dos alarmes e a compatibilidade com os inversores determinam se o sistema compreende efetivamente o que cada conjunto está a fazer.
Para fins de expansão, a comunicação deve responder a questões práticas: Que módulos estão ligados? Qual é o módulo que está a limitar a corrente? Qual é o módulo que atingiu o limite de proteção? O inversor recebe o valor limite correto?
Se o seu sistema não conseguir responder a estas perguntas, a comunicação poderá limitar-se apenas à visualização, sem permitir um controlo efetivo.
A comunicação pode ajudar a controlar os desequilíbrios, mas não pode substituir um projeto elétrico correto. Uma boa comunicação, aliada a uma instalação elétrica deficiente, continua a ser um sistema deficiente.
As definições do carregador e do inversor devem ser verificadas novamente após a expansão
O aumento da capacidade altera a forma como o seu sistema carrega e descarrega.
O carregador poderá necessitar de mais tempo para recarregar o conjunto de baterias expandido após uma descarga profunda. Se a corrente de carga for demasiado baixa, a recuperação torna-se lenta. Se a corrente de carga for demasiado elevada para um conjunto de baterias ou para o comportamento de partilha de corrente do conjunto, um BMS poderá limitar a carga antes dos outros.
Se uma bateria bloquear o carregamento devido a uma temperatura baixa ou a um mecanismo de proteção, o carregador pode continuar a considerar o conjunto de baterias como disponível. Isso pode agravar o desequilíbrio.
O lado do inversor também precisa de ser revisto. Um banco de baterias maior pode levar a cargas mais elevadas, mas o BMS, os cabos, os fusíveis, os terminais, os contactores e as definições de desligamento do inversor podem não ter sido alterados.
Uma maior capacidade não significa, automaticamente, uma corrente de descarga mais segura.
Para Baterias de iões de sódio de 48 V, não aprove a expansão apenas porque o inversor indica «compatível com baterias de 48 V». Antes da expansão, verifique a tensão de carga, o limite de corrente de carga, o corte de descarga, as regras de carga a baixas temperaturas, a lógica de ativação do BMS, a compatibilidade de comunicação, a corrente de carga máxima e a capacidade nominal dos cabos ou fusíveis.
Bateria de iões de sódio O comportamento da tensão, o mapeamento do SOC, as regras para baixas temperaturas e os limites do BMS podem não ser os mesmos que nos sistemas de chumbo-ácido ou LiFePO₄.
Os verdadeiros limites da expansão
Uma expansão de 48 V «limpa» depende de limites que alteram efetivamente o comportamento do sistema.
Os principais limites são a compatibilidade do conjunto de baterias, a resistência de ligação, a coordenação do BMS, a recuperação do carregador, a procura do inversor, a diferença de temperatura e o protocolo de comunicação.
Se a embalagem, o firmware, a resistência, a disposição da cablagem, o limite de corrente, o perfil do carregador ou a temperatura de funcionamento sofrerem alterações, o seu sistema não deve ser considerado como uma simples atualização de capacidade do tipo «plug-in».
No que diz respeito ao seu projeto B2B, estes limites devem ser confirmados antes da apresentação do orçamento. Caso contrário, poderá receber mais Ah quando o seu projeto necessitar, na realidade, de uma estratégia de BMS, de um esquema de cablagem, de uma configuração do carregador ou de uma revisão do sistema diferentes.
A expansão padrão só funciona em condições controladas
Uma expansão normal pode funcionar em condições controladas.
Normalmente, as baterias devem ser do mesmo modelo, da mesma plataforma de tensão, da mesma versão do BMS, ter uma idade semelhante, um SOC semelhante e estar instaladas com uma ligação em paralelo aprovada pelo fornecedor.
Também é mais fácil quando a carga é moderada, as definições do carregador estão adequadas, a temperatura é controlada, existe monitorização ao nível do conjunto de baterias e a comunicação com o inversor é validada.
Uma expansão mais projetada torna-se mais segura quando o sistema utiliza cargas elevadas no inversor, carregamento a frio, percursos de cabos longos, baterias mais antigas, lotes mistos de baterias, operação remota, armários de telecomunicações, recuperação de energia solar ou controlo baseado em comunicações.
Estas condições não tornam a expansão da tecnologia de iões de sódio de 48 V inadequada. Tornam, sim, arriscada uma expansão não gerida.
A diferença não reside no facto de os módulos poderem ou não ser ligados em paralelo, em teoria. A diferença reside no facto de o seu conjunto ampliado ter sido validado como um único sistema de armazenamento de 48 V.
A expansão padrão não é normalmente recomendada quando se misturam marcas ou capacidades, quando os conjuntos antigos e novos apresentam um histórico de ciclos muito diferente, quando o firmware do BMS é diferente, quando o perfil de carga do inversor é desconhecido ou quando o sistema funciona sem supervisão em climas frios.
Validar o momento de desequilíbrio, e não apenas a capacidade adicional
Uma expansão do sistema de armazenamento de iões de sódio de 48 V não deve ser aprovada apenas porque a tensão parece estar correta após a ligação.
A validação deve centrar-se nos momentos em que surge um desequilíbrio: primeira ligação em paralelo, descarga sob carga elevada, funcionamento com baixo nível de carga (SOC), recarga após descarga profunda, carregamento a frio, ativação do mecanismo de proteção num dos conjuntos de baterias, perda de comunicação e recuperação após a desconexão parcial de um conjunto de baterias.
Um resultado correto significa que a partilha de corrente se mantém dentro do intervalo pretendido, que o carregador recarrega o banco de baterias de forma previsível, que as leituras do SOC se mantêm aceitáveis e que o sistema consegue explicar o que aconteceu caso um conjunto de baterias se desligue.
Para a aprovação do projeto, verifique a tensão e o SOC antes da ligação, a simetria dos cabos, a corrente inicial, a distribuição de corrente, o comportamento em picos de carga elevada, o comportamento com SOC baixo, a recarga após a ativação da proteção, a autorização de carregamento a baixas temperaturas, os alarmes e a recuperação após a desconexão de um módulo.
Conclusão
Expandir Bateria de iões de sódio de 48 V O armazenamento sem desequilíbrio do SOC requer mais do que simplesmente adicionar outro conjunto de baterias em paralelo.
Antes da expansão, verifique a tensão do conjunto de baterias, o SOC, o modelo, o firmware, a idade, a resistência da cablagem, os limites do BMS, as definições do carregador, a procura do inversor, as condições de temperatura e a lógica de comunicação.
Para projetos de armazenamento de 48 V, Contactar a Kamada Power com o modelo da bateria, a quantidade de módulos, o modelo do inversor, as definições do carregador, a disposição dos cabos, a temperatura de funcionamento, a potência de carga, os requisitos de comunicação e o tempo de autonomia pretendido. A nossa equipa de engenharia pode ajudar a verificar se a expansão em paralelo padrão é adequada ou se uma solução personalizada de iões de sódio coordenada pelo BMS é mais segura.