Rozšírenie a 48 V sodíkovo-iónový akumulačný systém nejde len o to, že by sa paralelne pripojil ďalší akumulátor. Väčší počet akumulátorov môže predĺžiť dobu zálohovania, ale môže tiež spôsobiť nerovnováhu stavu nabitia (SOC), nerovnomerné rozdelenie prúdu, predčasnú aktiváciu ochrany BMS, nepresné zobrazenie doby prevádzky a sťažiť obnovenie po hlbokom vybití.
Keďže sa sodíkové batérie líšia od olovených alebo LiFePO4 batérií v krivke napätia, mapovaní stavu nabitia (SOC), nabíjaní pri nízkych teplotách a logike systému riadenia batérií (BMS), označenie „podporuje 48 V batériu“ nemusí vždy znamenať, že zariadenie je pripravené na rozšírenie.
Kľúčovou otázkou je, či vaša rozšírená batéria dokáže nabíjať, vybíjať, signalizovať poruchu, obmedzovať výkon a zotavovať sa ako jeden koordinovaný systém.
Sodíková batéria Kamada Power 48 V, 200 Ah, 10 kWh
Začnite s existujúcimi hranicami systému
Predtým, ako zvýšite kapacitu, si najprv ujasnite, ako vlastne funguje váš súčasný 48 V systém.
Ľahká záložná batéria sa líši od akumulátora pripojeného k meniču, telekomunikačnému usmerňovaču, solárnemu systému mimo siete, napájaciemu systému karavanu, mobilnej veži CCTV, skladovému zariadeniu alebo priemyselnému zaťaženiu.
Váš projekt môže vyžadovať dlhšiu dobu zálohovania, vyšší špičkový prúd, lepšiu regeneráciu pri nízkych teplotách alebo väčšiu autonómiu počas zamračených dní. Je však možné, že kapacita batérie nebude pre váš systém žiadnym obmedzením. Obmedzením môže byť nabíjačka, menič, vedenie káblov, nastavenie ochrany alebo prúdové obmedzenie systému BMS.
Preto by sa rozširovanie malo začínať od skutočného limitu systému, a nie len od túžby po väčšom počte Ah.
Ak sa váš menič vypne kvôli poklesu napätia, ďalší akumulátorový blok môže pomôcť len vtedy, ak sa zlepší rozdelenie prúdu. Ak vaša nabíjačka nedokáže obnoviť stav akumulátorového bloku po hlbokom vybití, pridanie ďalších blokov môže obnovenie spomaliť. Ak jeden blok už predčasne dosiahne stav ochrany, rozšírenie systému môže tento problém skôr zakryť, ako ho vyriešiť.
Pred schválením by mal váš dodávateľ batérií skontrolovať model batérie, vek batériového modulu, model nabíjačky alebo meniča, nastavenia nabíjania, špičkové zaťaženie, rozloženie káblov, teplotný rozsah, komunikačné požiadavky a cieľovú hodnotu záložného napájania.
Nerovnováha v systéme SOC sa zvyčajne objaví ešte pred inštaláciou nového balíka
Nerovnováha v systéme SOC sa nemusí vždy prejaviť až po niekoľkých mesiacoch používania. Môže sa objaviť už v prvý deň inštalácie.
Ak je nový akumulátor pripojený pri inom napätí alebo stave nabitia (SOC) ako existujúci akumulátor, medzi akumulátormi môže pretekať vyrovnávací prúd. Tento prúd nie je vždy riadený nabíjačkou a môže obísť bežný nabíjací režim, s ktorým počíta systém BMS.
To je obzvlášť riskantné v prípade, ak sa k staršej 48 V batériovej zostave pripojí nový akumulátor.
Existujúca batéria mohla starnúť, mohlo dôjsť k odchýlke v odhade stavu nabitia (SOC) alebo sa v nej mohol zvýšiť vnútorný odpor. Nová batéria môže mať tiež odlišný firmvér, kalibráciu, správanie sa šarže článkov alebo históriu skladovania.
Rovnaké menovité napätie neznamená rovnaký prevádzkový stav.
Bezpečnejšou stratégiou je nastaviť batérie na kompatibilný rozsah napätia a stavu nabitia (SOC) v súlade s pravidlami dodávateľa pre paralelné zapojenie. Váš dodávateľ by mal tiež potvrdiť, či je povolené paralelné zapojenie starých a nových batérií, batérií z rôznych sérií alebo s rôznymi verziami systému BMS.
V prípade 48 V sodíko-iónových systémov neschvaľujte rozšírenie len na základe toho, že obe batérie sú označené ako „48 V“. Nabíjacie napätie, obmedzenie prúdu, pravidlá nabíjania v závislosti od teploty, vypnutie pri vybíjaní, logika prebudenia a komunikácia musia zodpovedať overeným limitom batériového modulu.
Rozdelenie prúdu závisí od odporu, nie od dobrých úmyslov
V paralelnom zapojení akumulátorov sa prúd nerozdeľuje rovnomerne len preto, že akumulátory majú uvedené rovnaké napätie.
Prúd tečie cestou s nižším odporom. Túto cestu ovplyvňujú vnútorný odpor, dĺžka kábla, svorky, konštrukcia zbernice, konektory, poistky, stykače, teplota, stav nabitia (SOC) a správanie systému riadenia batérie (BMS).
Batéria s cestou s nižším odporom môže viesť väčší vybíjací prúd a prijímať väčší nabíjací prúd. V priebehu času je táto batéria zaťažovaná viac ako ostatné.
V prípade 48 V sodíko-iónových batériových blokov je symetria káblov súčasťou konštrukcie systému. Ak má jeden blok kratšiu dĺžku kábla, čistejší konektor, nižší odpor poistky alebo lepší kontakt na svorkách, môže niesť väčšie zaťaženie, pričom sa to prejaví len ako jedna batériová banka.
Dôsledky môžu byť závažné. Jedna batéria rýchlejšie dosiahne nižšiu úroveň nabitia (SOC), skôr prejde do ochranného režimu a ostatné batérie tak dostane bližšie k ich vlastným limitom.
Pri rozširovaní by sa nemalo kontrolovať len napätie a kapacita v Ah. Malo by sa skontrolovať aj usporiadanie vedenia, prierez káblov, konštrukcia zberníc, poistky, svorky a teplotné podmienky.
Najzložitejšie je pridať nový balík do starej banky
Najjednoduchším spôsobom rozšírenia je pridanie identických batériových blokov na začiatku projektu. Najzložitejším spôsobom rozšírenia je pridanie nového batériového bloku do staršej batériovej sústavy.
Nové a staré batérie sa môžu líšiť v použiteľnej kapacite, vnútornom odpore, odhade stavu nabitia (SOC), rýchlosti samovybíjania, firmvéri systému BMS, správaní pri vyvažovaní, histórii teplôt a histórii cyklov.
Staršia batéria môže skôr dosiahnuť stav ochrany proti nízkeho napätia. Nová batéria môže niesť väčšie zaťaženie. Hodnoty stavu nabitia (SOC) na úrovni batérie už nemusia byť zhodné.
To neznamená, že rozšírenie nie je možné. Znamená to, že kompatibilita sa musí považovať za obmedzenie návrhu.
Štandardné rozšírenie je rozumnejšie v prípade, ak sú batérie rovnakého modelu, majú rovnakú napäťovú platformu, verziu BMS, podobný vek, podobný stav nabitia (SOC) a sú nainštalované s kabelážou schválenou dodávateľom.
Individuálne posúdenie je bezpečnejšie v prípadoch, keď sú staré a nové batérie zmiešané, keď sa líšia kapacity, verzie firmvéru alebo protokoly, alebo keď sa systém používa na vysoké zaťaženie meniča, nabíjanie za studena, diaľkové zálohovanie, telekomunikačné skrine alebo priemyselnú prevádzku.
Obmedzenia systému BMS môžu spôsobiť postupnú stratu kapacity
Každá sodíková batéria má svoje vlastné ochranné limity systému BMS. Je to nevyhnutné z bezpečnostných dôvodov, avšak pri paralelnom prevádzkovaní to môže spôsobiť aj neočakávané správanie na úrovni systému.
Ak u jedného modulu dôjde ako prvého k aktivácii ochrany proti nízkeho napätiu, nadprúdovej ochrany, blokovania nabíjania pri nízkej teplote, zníženia výkonu pri vysokej teplote alebo komunikačného alarmu, môže to viesť k jeho odpojeniu alebo zníženiu dostupnosti.
Akonáhle jedna skupina vypadne, zvyšné skupiny musia niesť väčšiu záťaž. To ich môže priblížiť k ich vlastným limitom a spôsobiť, že skupina bude postupne strácať kapacitu.
Možno by ste očakávali jeden veľký akumulátorový blok. V skutočnosti sa však systém môže správať ako niekoľko nezávislých akumulátorových blokov, ktoré sa postupne zapájajú a odpájajú.
Ak menič, nabíjačka alebo regulátor nerozpozná dostupnosť na úrovni akumulátorového bloku, môže sa akumulátorový blok predčasne vypnúť alebo vykazovať nejasné správanie v súvislosti so stavom nabitia (SOC).
Toto riziko sa zvyšuje pri vysokom zaťažení meniča, nízkom stave nabitia (SOC), nízkych teplotách, dlhých káblových trasách a pri batériách s rôznou históriou používania.
Spoľahlivý rozšírený systém by mal bezpečne pokračovať v prevádzke, správne sa obnoviť a označiť, ktorý modul spôsobil danú udalosť.
Displej SOC môže po rozšírení stratiť na spoľahlivosti
SOC nie je vždy len jednoduché spoločné číslo v sústave paralelných batérií.
Každý akumulátor môže odhadovať stav nabitia (SOC) pomocou vlastného algoritmu systému riadenia akumulátora (BMS). Tento odhad závisí od napätia, prúdu, teploty, histórie kalibrácie, doby v pohotovostnom režime a predchádzajúcich cyklov.
Po rozšírení môže váš systém zobrazovať jednu kombinovanú hodnotu SOC, jednu hodnotu SOC hlavného akumulátora, jednu hodnotu SOC odhadnutú meničom alebo niekoľko hodnôt SOC na úrovni jednotlivých akumulátorov. Tieto hodnoty sa nemusia zhodovať.
Táto nezhoda nemusí vždy znamenať, že jeden akumulátor je vadný. Môže to súvisieť s odlišnou históriou akumulátorov, rozdelením prúdu, odchýlkou merania, stratami v pohotovostnom režime alebo obmedzeniami odhadu stavu nabitia (SOC).
Ide o prevádzkové nebezpečenstvo.
Ak sa na displeji zobrazuje vysoká hodnota SOC, pričom jeden akumulátor sa blíži k aktivácii ochrany, môže dôjsť k predčasnej poruche vášho systému. Ak sa na displeji zobrazuje nízka hodnota, hoci je ešte k dispozícii použiteľná energia, môže váš systém zbytočne míňať kapacitu.
Ak menič prijme nesprávne údaje o stave nabitia (SOC) alebo o obmedzení prúdu, môže batériový blok nabíjať alebo vybíjať spôsobom, ktorý zvyšuje nerovnováhu.
Po rozšírení by sa SOC mal považovať za odhad systému a overovať sa pri skutočnom nabíjaní a vybíjaní, a nie spoliehať sa výlučne na údaje na displeji.
Komunikácia môže nerovnováhe predchádzať alebo ju zakryť
Paralelný 48 V sodíkovo-iónový akumulátorový blok môže fungovať ako jednoduché úložisko energie založené na napätí alebo ako inteligentnejší systém s komunikáciou medzi jednotlivými blokmi alebo medzi blokom a meničom.
Komunikácia pomáha len vtedy, ak poskytuje užitočné prevádzkové údaje, ako sú stav nabitia batérie (SOC), napätie, prúd, teplota, výstrahy, prúdové obmedzenia a stav pripojenia.
Samotný port CAN alebo RS485 nezaručuje koordináciu. O tom, či systém skutočne rozumie tomu, čo robí každý akumulátorový blok, rozhodujú protokol, dátová mapa, logika master-slave, nastavenie adries, správanie pri výstrahe a kompatibilita s meničom.
V prípade rozšírenia by komunikácia mala poskytovať odpovede na praktické otázky: Ktoré batérie sú online? Ktorá batéria obmedzuje prúd? Ktorá batéria dosiahla ochrannú úroveň? Dostáva menič správnu hodnotu limitu?
Ak váš systém nedokáže odpovedať na tieto otázky, komunikácia môže slúžiť len na zobrazenie informácií, nie na skutočné ovládanie.
Komunikácia môže pomôcť zvládnuť nerovnováhu, nemôže však nahradiť správny elektrický návrh. Dobrá komunikácia v kombinácii so zlým zapojením stále znamená nekvalitný systém.
Po rozšírení je potrebné opätovne skontrolovať nastavenia nabíjačky a meniča
Zvýšenie kapacity mení spôsob nabíjania a vybíjania vášho systému.
Nabíjačka môže po hlbokom vybití potrebovať viac času na dobitie rozšírenej batériovej skupiny. Ak je nabíjací prúd príliš nízky, dobíjanie prebieha pomaly. Ak je nabíjací prúd príliš vysoký pre jeden akumulátorový blok alebo vzhľadom na spôsob rozdelenia prúdu v batériovej skupine, jeden systém BMS môže obmedziť nabíjanie skôr ako ostatné.
Ak jeden akumulátor zablokuje nabíjanie kvôli nízkej teplote alebo aktivácii ochrany, nabíjačka môže aj napriek tomu vnímať akumulátorovú banku ako dostupnú. To môže nerovnováhu ešte zhoršiť.
Je potrebné prehodnotiť aj stranu meniča. Väčšia batériová banka môže viesť k väčšiemu zaťaženiu, avšak systém riadenia batérií (BMS), káble, poistky, svorky, stykače a nastavenia vypnutia meniča sa nemuseli zmeniť.
Vyššia kapacita automaticky neznamená bezpečnejší vybíjací prúd.
Pre 48 V sodíko-iónové batérie, nerozhodujte sa o rozšírení len na základe toho, že na meniče je uvedené „podpora 48 V batérií“. Pred rozšírením si overte nabíjacie napätie, limit nabíjacieho prúdu, prah vybitia, pravidlá nabíjania pri nízkych teplotách, logiku prebudenia systému BMS, kompatibilitu komunikácie, špičkový zaťažovací prúd a menovitú hodnotu káblov alebo poistiek.
Sodíkovo-iónová batéria Chovanie napätia, mapovanie stavu nabitia (SOC), pravidlá pre prevádzku pri nízkych teplotách a obmedzenia systému BMS sa môžu líšiť od systémov s olovenými batériami alebo LiFePO₄.
Skutočné hranice expanzie
Správne rozšírenie na 48 V závisí od hraníc, ktoré skutočne menia správanie systému.
Hlavnými obmedzeniami sú zosúladenie batériového modulu, odpor pripojenia, koordinácia BMS, obnovenie nabíjačky, požiadavky meniča, teplotný rozdiel a komunikačný protokol.
Ak dôjde k zmene typu akumulátora, firmvéru, odporu, zapojenia, obmedzenia prúdu, profilu nabíjačky alebo prevádzkovej teploty, váš systém by sa nemal považovať za jednoduché rozšírenie kapacity prostredníctvom pripojenia ďalšieho akumulátora.
V prípade vášho B2B projektu by sa tieto hranice mali potvrdiť ešte pred vypracovaním cenovej ponuky. V opačnom prípade môžete dostať vyššiu hodnotu Ah, hoci váš projekt v skutočnosti vyžaduje inú stratégiu riadenia batériového systému (BMS), schému zapojenia, nastavenie nabíjačky alebo revíziu systému.
Štandardné rozšírenie funguje iba za kontrolovaných podmienok
Štandardná expanzia môže prebiehať za kontrolovaných podmienok.
Batérie by mali byť spravidla rovnakého modelu, s rovnakou napäťovou platformou, rovnakou verziou BMS, podobným vekom, podobným stavom nabitia (SOC) a mali by byť nainštalované pomocou paralelného zapojenia schváleného dodávateľom.
Je to tiež jednoduchšie, ak je zaťaženie stredné, nastavenia nabíjačky sú správne, teplota je pod kontrolou, je k dispozícii monitorovanie stavu akumulátorového modulu a komunikácia s meničom je overená.
Technicky sofistikovanejšie rozšírenie je bezpečnejšie, ak systém využíva vysoké zaťaženie meniča, nabíjanie za studena, dlhé káblové trasy, staršie akumulátorové moduly, zmiešané série akumulátorových modulov, diaľkové ovládanie, telekomunikačné skrine, rekuperáciu solárnej energie alebo riadenie založené na komunikácii.
Tieto podmienky neznamenajú, že rozšírenie 48 V sodíko-iónových systémov nie je vhodné. Znamenajú však, že nerozvážne rozšírenie je rizikové.
Rozdiel nespočíva v tom, či je možné tieto akumulátorové bloky teoreticky zapojiť paralelne. Rozdiel spočíva v tom, či bola vaša rozšírená akumulátorová banka certifikovaná ako jeden 48 V akumulačný systém.
Štandardné rozšírenie sa zvyčajne neodporúča v prípadoch, keď sú v systéme zmiešané rôzne značky alebo kapacity, staré a nové batérie majú veľmi odlišnú históriu cyklov, firmvér systému BMS je odlišný, profil nabíjania meniča nie je známy alebo systém pracuje bez dozoru v chladnom počasí.
Overujte moment nerovnováhy, nielen pridanú kapacitu
Rozšírenie úložiska s 48 V sodíkovo-iónovými článkami by nemalo byť schválené len preto, že napätie po pripojení vyzerá správne.
Validácia by sa mala zamerať na situácie, v ktorých dochádza k nerovnováhe: prvé paralelné zapojenie, vybíjanie pri vysokom zaťažení, prevádzka pri nízkom stave nabitia (SOC), dobíjanie po hlbokom vybití, dobíjanie za studena, aktivácia ochrany u jedného akumulátora, strata komunikácie a obnovenie prevádzky po odpojení časti akumulátorov.
„Čistý“ výsledok znamená, že rozdelenie prúdu zostáva v rámci stanoveného rozsahu, nabíjačka dopĺňa batériový blok predvídateľným spôsobom, hodnoty stavu nabitia (SOC) zostávajú v prijateľnom rozsahu a systém dokáže vysvetliť, čo sa stalo, ak sa jeden blok odpojí.
Na účely schválenia projektu skontrolujte napätie a stav nabitia (SOC) pred pripojením, symetriu káblov, počiatočný prúd, rozloženie prúdu, správanie pri nárazových zaťaženiach, správanie pri nízkom stave nabitia (SOC), dobíjanie po aktivácii ochrany, povolenie nabíjania pri nízkych teplotách, výstražné signály a obnovenie po odpojení jedného modulu.
Záver
Rozširovanie 48 V sodíko-iónová batéria Ukladanie energie bez narušenia rovnováhy SOC si vyžaduje viac než len paralelné pripojenie ďalšieho akumulátora.
Pred rozšírením je potrebné zosúladiť napätie balíka, stav nabitia (SOC), model, verziu firmvéru, vek, odpor zapojenia, limity systému BMS, nastavenia nabíjačky, požiadavky meniča, teplotné podmienky a komunikačnú logiku.
V prípade projektov týkajúcich sa 48 V akumulátorov, Kontaktujte spoločnosť Kamada Power s ohľadom na model batérie, počet batériových modulov, model meniča, nastavenia nabíjačky, usporiadanie káblov, prevádzkovú teplotu, príkon záťaže, komunikačné požiadavky a požadovanú dobu zálohovania. Náš technický tím vám pomôže zistiť, či je vhodné štandardné paralelné rozšírenie, alebo či je bezpečnejšie riešenie na báze sodíko-iónových batérií koordinované systémom BMS na mieru.