Ako bezpečne zapojiť batériové moduly s sodíkovými iónmi do záložných telekomunikačných skríň. Paralelné zapojenie sodíkovo-iónové batérie môže zvýšiť záložnú kapacitu telekomunikačného systému, avšak jediná slabá prúdová cesta, nesúlad SOC, porucha komunikácie alebo vypnutie BMS môže znížiť využiteľnú kapacitu alebo spôsobiť odstavenie reťazca.
Spoľahlivá skriňa musí fungovať ako jeden koordinovaný záložný zdroj s kompatibilnými batériovými blokmi, vyváženým zapojením, správnou koordináciou systému BMS, nastaveniami usmerňovača, reguláciou teploty, komunikáciou a diaľkovým monitorovaním počas pohotovostného režimu, výpadku, dobíjania, rozširovania a obnovy.
Kamada Power 12V 100Ah sodíkovo iónová batéria
Paralelná kapacita nezaručuje paralelnú spoľahlivosť
Paralelné zapojenie akumulátorových blokov teoreticky zvyšuje celkovú kapacitu a prúdovú zaťažiteľnosť. V praxi však spoľahlivosť závisí od toho, či sa bloky delia o prúd, nabíjajú sa, vybíjajú a regenerujú spoločne.
Ak sú batérie dobre zladené a zapojenie v skrinke je symetrické, paralelný systém môže fungovať bez problémov. V opačnom prípade môže jedna batéria niesť väčšiu záťaž, skôr dosiahnuť stav ochrany alebo sa rýchlejšie opotrebovať. Nerovnomerné rozdelenie prúdu sa môže prejaviť pri vybíjaní v prípade výpadku, pri dobíjaní po hlbokom vybití alebo pri prevádzke s čiastočným počtom batérií.
V prípade telekomunikačných skríň s sodíkovými iónmi chemické zloženie nevylučuje potrebu vyváženého zapojenia, koordinácie systému riadenia batérií (BMS) a monitorovania na úrovni skrine.
Prvé riziko predstavuje zdieľanie prúdu
V ideálnej paralelnom zapojení prispieva každý blok rovnakou mierou. Skutočné telekomunikačné skrine sa však málokedy správajú ideálne.
Malé rozdiely v dĺžke káblov, polohe zbernice, odpore konektorov, odpore poistiek, utiahnutí svoriek, vnútornej impedancii, stave nabitia (SOC), teplote a konštrukcii akumulátorového modulu môžu ovplyvniť, aký prúd prúdi v jednotlivých moduloch. Tento rozdiel môže byť v pohotovostnom režime zanedbateľný, avšak pri vybíjaní v prípade výpadku alebo pri dobíjaní môže byť významný.
Akumulátorová batéria, ktorá vedie väčší prúd, je viac zaťažená, viac sa zahrieva, skôr dosiahne svoje limity a môže skôr aktivovať ochranu BMS. Akonáhle sa odpojí, zostávajúce batérie musia viesť väčší prúd. To môže spôsobiť reťazovú reakciu, pri ktorej batériový modul stratí kapacitu rýchlejšie, než sa očakávalo.
Nesúlad SOC môže spôsobiť vznik skrytého vyrovnávacieho prúdu
Paralelné batérie by sa nemali pripájať bez rozmyslu, ak majú odlišný stav nabitia (SOC) alebo napätie.
Ak má jeden akumulátor vyšší napätie ako druhý, môže medzi nimi pri vyrovnávaní napätia pretekať prúd. Systém BMS môže tento prúd vyhodnotiť ako abnormálne správanie pri nabíjaní alebo vybíjaní. V telekomunikačnej skrinke sa táto situácia môže vyskytnúť po výmene, údržbe, rozšírení alebo čiastočnom obnovení akumulátorov.
Nová sodíková batéria a staršia batéria sa môžu líšiť vnútorným odporom, využiteľnou kapacitou, presnosťou merania stavu nabitia (SOC), firmvérom alebo rýchlosťou samovybíjania.
Nastavenie SOC pred zapojením do paralelného zapojenia zabraňuje tomu, aby sa batérie navzájom vybijali skôr, ako začnú napájať telekomunikačné zariadenia.
Poruchy systému BMS sa môžu šíriť po celom rozvádzači
Každá sodíková batéria môže mať vlastnú logiku ochrany BMS pre napätie, prúd, teplotu, nevyváženosť a stav komunikácie. Je to nevyhnutné z bezpečnostných dôvodov, môže to však viesť k správaniu na úrovni rozvádzača.
Ak sa počas vybíjania odpojí jeden systém BMS, na zostávajúce akumulátorové moduly sa okamžite prenesie väčšia časť zaťaženia. Ak sa priblížia k svojim limitom, môže sa vypnúť ďalší systém BMS. Rozvádzač môže postupne odpojiť jednotlivé moduly, až kým sa záložný zdroj energie nezníži alebo úplne nevypne.
K rovnakému riziku dochádza aj počas dobíjania, ak jeden akumulátor blokuje nabíjanie, zatiaľ čo ostatné prijímajú prúd.
Vypnutie systému BMS nie je len udalosťou na úrovni modulu v paralelnom rozvádzači. Je to udalosť na úrovni rozvádzača.
Teplota v skrinke ovplyvňuje správanie paralelných balíkov
Telekomunikačné skrine môžu spôsobiť nerovnomerné teplotné podmienky. Zariadenia umiestnené v blízkosti dverí, steny skrine, zdroja tepla usmerňovača, dráhy prúdenia vzduchu alebo na strane vystavenej slnečnému žiareniu môžu pracovať pri rôznych teplotách.
Teplotné rozdiely ovplyvňujú vnútorný odpor, pokles napätia, schopnosť prijímať nabíjanie, rýchlosť starnutia a správanie systému BMS. V chladných prostrediach môže niektorý z modulov brániť nabíjaniu dlhšie. V horúcich skriniach môže niektorý z modulov starnúť rýchlejšie alebo dôjsť k zníženiu jeho výkonu skôr.
V prípade systémov s sodíkovými iónmi môže byť užitočný výbojový potenciál pri nízkych teplotách, avšak nabíjanie za studena si aj naďalej vyžaduje riadenie na úrovni batérie. Umiestnenie batérie, prúdenie vzduchu, meranie teploty a zníženie nabíjacieho prúdu sú súčasťou paralelného návrhu.
Komunikácia rozhoduje o tom, či vláda funguje ako jeden celok
Paralelná telekomunikačná skriňa si vyžaduje koordináciu na úrovni skrine, nielen ochranu na úrovni zariadení.
Ak sa každý modul hlási len svojmu vlastnému lokálnemu systému riadenia batérií (BMS), riadiaca jednotka zariadenia nemusí mať prehľad o skutočnom stave batériového poľa. Jeden modul môže obmedzovať výstupný prúd, iný môže blokovať nabíjanie a ďalší môže mať nízky stav nabitia (SOC). Skriňa však stále potrebuje vedieť, koľko záložnej energie je k dispozícii.
V prípade telekomunikačných skríň s sodíkovými iónovými batériami by monitorovanie malo ukazovať, koľko batériových modulov je v prevádzke, ktorý modul obmedzuje prúd, ktorý modul je studený, u ktorého modulu došlo k odchýlke v stave nabitia (SOC) a či je skriňa pripravená na zálohovanie úplne alebo len čiastočne.
Diaľkové monitorovanie by nemalo zobrazovať len informáciu „batéria pripojená“. Malo by zobrazovať využiteľnú kapacitu, stav akumulátora, výstrahy a obmedzenia.
Obnovovacia kapacita usmerňovača musí zodpovedať celému akumulátorovému zoskupeniu
Po výpadku musí usmerňovač znovu nabiť akumulátorovú batériu a obnoviť pohotovostný režim zariadenia.
Paralelné batériové moduly situáciu komplikujú. Usmerňovač môže vnímať skriňu ako jednu batériu, zatiaľ čo systém BMS každého modulu sleduje napätie, teplotu a stav ochrany svojich vlastných článkov. Ak usmerňovač dodáva prúd bez ohľadu na limity na úrovni modulu, niektoré moduly môžu dosiahnuť hranice napätia alebo teploty skôr ako ostatné.
Chladiace zariadenia predstavujú ďalšiu prekážku. Akumulátorová batéria, ktorá sa môže vybíjať počas výpadku chladenia, môže pred opätovným nabitím stále vyžadovať blokovanie nabíjania, zníženie menovitého výkonu alebo ohrievanie. Ak sú pripravené na nabíjanie len niektoré batérie, skriňa sa musí zotaviť kontrolovaným spôsobom, namiesto toho, aby sa všetky batérie spracovávali rovnako.
Paralelný obvod nie je úplne navrhnutý, pokiaľ nie je definované správanie pri dobíjaní.
Paralelné batérie s sodíkovými iónmi si vyžadujú schválenie na úrovni ministerstva
Batérie s sodíkovými iónmi by sa nemali považovať za jednoduché paralelné bloky s kapacitou v Ah. Rozsah napätia batérie, logika ochrany systému BMS, povolenie nabíjania pri nízkych teplotách, komunikačné správanie a obnovenie ochrany musia byť overené na úrovni rozvádzača.
| Hranica paralelných sodíkových iónov | Prečo je to dôležité |
|---|
| Rozsah napätia v balení | Určuje kompatibilitu usmerňovača a limity nabíjania |
| Obmedzenie paralelného prúdu | Zabraňuje preťaženiu jedného modulu po vypnutí ďalšieho |
| Povolenie nabíjania pri nízkych teplotách | Ovplyvňuje dobíjanie a regeneráciu v chladnom prostredí |
| Obnovenie ochrany BMS | Určuje automatický reštart po poruchách |
| Komunikačný protokol | Nech sa limity na úrovni balíkov dostanú k riadiacej jednotke rozvádzača |
| Kompatibilita náhradných dielov | Zabraňuje tomu, aby sa nové a staré skupiny od seba vzďaľovali |
| Vykazovanie využiteľnej kapacity | Ukazuje, či je čas na zálohovanie k dispozícii v plnom rozsahu alebo len čiastočne |
Ak sú tieto hranice nejasné, skriňa môže pôsobiť ako celok, ale počas výpadku sa môže správať nepredvídateľne.
Rozšírenie a výmena sú fázy spojené s vysokým rizikom
Paralelné telekomunikačné skrine sa často stretávajú so zmenami v teréne: výmena jedného modulu, rozšírenie kapacity, izolácia poruchového modulu alebo modernizácia lokality.
Tieto situácie sú rizikové, pretože batéria už nemusí fungovať jednotne. Nové a staré batérie sa môžu líšiť v impedancii, kapacite, firmvéri, nastaveniach BMS, kalibrácii stavu nabitia (SOC), samovybíjaní a komunikačnom správaní. Kombinovanie batérií bez dodržania pravidiel kompatibility môže zhoršiť rozdeľovanie prúdu a odchýlky v stave nabitia (SOC).
Inštalácia akumulátorového modulu mení elektrické správanie rozvádzača. Pred inštaláciou alebo výmenou akumulátorového modulu by prevádzkovateľ mal určiť kompatibilné modely akumulátorov, verzie firmvéru, vekový rozsah, pravidlá pre zosúladenie stavu nabitia (SOC), postupy uvedenia do prevádzky a požiadavky na monitorovanie.
Prevádzka v režime N-1 a zníženie výkonu musia byť naplánované
Spoľahlivá telekomunikačná skriňa by mala stanoviť, čo sa stane, ak jeden modul prestane fungovať.
Dokáže skriňa aj naďalej uniesť zaťaženie, ak je jeden akumulátorový blok odpojený? Mal by systém automaticky znížiť výkon? Je tento alarm varovaním alebo kritickou udalosťou? Ukazuje diaľkové monitorovanie skrátenú dobu zálohovania? Dokáže usmerňovač dobiť zostávajúce akumulátorové bloky bez toho, aby ich preťažil?
Skriňa, ktorej chýba jeden akumulátor, by nemala ticho predstierať, že je stále k dispozícii plná záložná kapacita. Obsluha potrebuje vidieť skutočnú dostupnú kapacitu, zostávajúcu dobu prevádzky, stav akumulátorov a informáciu o tom, či je zariadenie stále v rámci svojho záložného limitu.
Hlavné riziká a praktické riešenia
| Hranica paralelnej skrine | Riziko v teréne | Smer praktického riešenia |
|---|
| Nerovnomerné rozdelenie prúdu | Jedna partia pracuje usilovnejšie, odíde skôr alebo stárne rýchlejšie | Používajte symetrické zbernice a káblové trasy; overte zdieľanie pri zaťažení počas výpadku |
| SOC alebo nesúlad napätia | Batérie sa vyrovnávajú prostredníctvom nekontrolovaného prúdu | Pred pripojením zosúlaďte SOC; definujte pravidlá nahradzovania a rozširovania |
| Kaskáda výpadkov systému BMS | Jedno balenie sa odpojí a zaťaženie sa presunie na ostatné | Návrh prúdovej rezervy, prevádzka v režime N-1, zníženie menovitého výkonu a logika alarmov |
| Tepelná nerovnováha | Studené a teplé obklady sa správajú odlišne | Umiestnenie ovládacích prvkov, prúdenie vzduchu, senzory a zníženie menovitého výkonu |
| Medzery v komunikácii | Stránka zobrazuje limit pre banku, nie však limit na úrovni balíka | Stav balíka správ, limity, výstrahy a využiteľná kapacita |
| Nesúlad usmerňovača | Nabíjanie prebieha nerovnomerne, pomaly alebo je blokované | Zosúlaďte napätie a prúd usmerňovača, správanie pri prebudení a povolenia nabíjania v systéme BMS |
| Rozšírenie služieb | Nové a staré balíky si nezdieľajú zaťaženie predvídateľným spôsobom | Určite kompatibilné modely, verzie firmvéru, vekové rozpätie, zhodu SOC a uvedenie do prevádzky |
Spoľahlivosť paralelného prevádzky závisí od architektúry skrine, nielen od kapacity modulu.
Pred zapojením batérií do paralelného zapojenia skontrolujte nasledujúce body
| Položka uvedenia do prevádzky | Čo potvrdiť |
|---|
| Rovnaký model balenia | Vyhnite sa rozdielom v napätí, prúde alebo správaní systému BMS |
| Firmware a nastavenia | Dbajte na to, aby ochrana, komunikácia a hranice boli konzistentné |
| SOC a prispôsobenie napätia | Znížte vyrovnávací prúd pri pripojení |
| Symetria káblov a zberníc | Zlepšiť rozdeľovanie prúdu |
| Odpor poistky a konektora | Vyhnite sa skrytej nerovnováhe |
| Poloha teploty v balení | Vyhnite sa rozdielom medzi studenými a teplými obkladmi |
| Nastavenia usmerňovača | Nastavenie napätia, prúdu, nabíjania a režimu prebudenia |
| Adresovanie komunikácie | Zabezpečte, aby bol každý balík viditeľný pre riadiacu jednotku skrine |
| Operácia N-1 | Overiť zníženie výkonu, alarmy a dobu zálohovania po odpojení jedného akumulátora |
| Pravidlo nahradenia | Určite, kedy je možné kombinovať staré a nové balenia |
Bez týchto kontrol môže rozvádzač prejsť montážou, ale zlyhať pri prvom náročnom výpadku.
Štandardné balíky fungujú len v prípade, ak sú hranice skrine jednoduché
Štandardná sodíková batéria môže fungovať dobre, ak je konštrukcia pevná, počet paralelných článkov je obmedzený, zapojenie je symetrické, teplota je regulovaná, usmerňovač je kompatibilný a požiadavky na monitorovanie sú jednoduché.
Robustnejšia konštrukcia na úrovni skrine je nevyhnutná v prípade, ak je stanica umiestnená na odľahlom mieste, v chladnom alebo horúcom prostredí, je pripravená na rozšírenie, ťažko prístupná pre údržbu, vystavená dlhodobým výpadkom alebo vyžaduje monitorovanie siete na úrovni zariadenia. Kľúčovou otázkou je, či overená hranica paralelného prevádzky štandardného zariadenia zodpovedá cieľu spoľahlivosti telekomunikačnej stanice.
Overujte čiastočné zlyhanie, nielen plnú kapacitu
Telekomunikačná skriňa s paralelným sodíkovým akumulátorom by nemala byť schválená len na základe toho, že sa všetky akumulátory v laboratórnych podmienkach raz naraz vybijú.
Táto užitočná validácia sa zameriava na situácie, v ktorých dochádza k poruchám paralelných systémov: jeden akumulátor s odlišným stavom nabitia (SOC), jeden akumulátor chladnejší ako ostatné, odpojenie jedného akumulátora pri zaťažení, dobíjanie cez usmerňovač po výpadku, strata komunikácie z jedného modulu, prevádzka rozvádzača s jedným akumulátorom mimo prevádzky a rozšírenie systému o náhradný akumulátor.
„Čistý výsledok“ znamená, že zariadenie sa nezrúti, ak sa jeden akumulátor správa odlišne. Zariadenie zníži výkon, spustí výstrahu, dobitie, nahlási použiteľnú kapacitu a obnoví prevádzku spôsobom, ktorý telekomunikačný operátor dokáže na diaľku pochopiť.
Vďaka tomu je skriňa pripravená na použitie v teréne.
Záver
Paralelné sodíkovo-iónová batéria Tieto moduly môžu zvýšiť záložnú kapacitu telekomunikačných sietí, avšak zároveň so sebou prinášajú riziká v oblasti zdieľania prúdu, posunu SOC, kaskádového efektu BMS, tepelnej rovnováhy, obnovy usmerňovača, monitorovania, zníženia menovitého výkonu a rozširovania služieb.
Spoľahlivá rozvodná skriňa by mala všetky akumulátorové moduly spravovať ako jeden koordinovaný záložný systém, ktorý zahŕňa vyvážené napájacie cesty, zosúladenie modulov, monitorovanie stavu jednotlivých modulov, overovanie čiastočných porúch a definovanú prevádzku v režime N-1.
Ak navrhujete záložnú telekomunikačnú skriňu s paralelnými sodíkovo-iónovými batériami, kontaktujte nás s údajmi o vašom kľúčovom systéme. Pomôžeme vám vybrať správnu konfiguráciu batérie.