"Ali lahko vzporedno z banko LiFePO4 dodam natrijevo-ionsko baterijo?"
To vprašanje se pogosto pojavlja pri sistemih za avtodome, izven omrežja, pomorskih sistemih, rezervnih sistemih in sistemih za hladne vremenske razmere. Sliši se učinkovito: ohranite obstoječo banko LiFePO4, dodajte natrijeve ione za večjo zmogljivost ali boljše delovanje pri nizkih temperaturah in se izognite obnovi sistema.
Vendar baterije niso splošne 12-voltne škatle. Natrijevo-ionske baterije ne smejo biti neposredno trdo vzporedne z Baterija LiFePO4. Tudi če sta obe označeni z 12 V, se lahko njuna napetostna okna, krivulje praznjenja, način polnjenja, notranja upornost in omejitve BMS razlikujejo. Lahko soobstajata v enem projektu, vendar le z ustreznim ločevanjem, kot so pretvorba DC-DC, izolirane polnilne poti ali upravljan nadzor združevanja virov.
Kamada Power 12v 100Ah natrijev ionski akumulator
Običajno ne za neposredno vzporedno povezavo
Veliko kupcev na obeh nalepkah baterij vidi napis "12V" in domneva, da sta bateriji zamenljivi. Ta domneva je tvegana.
12V baterija LiFePO4 in 12V natrijevo-ionska baterija imata lahko različne nazivne napetosti, napetosti v mirovanju, zgornje meje polnjenja, meje nizke napetosti, temperaturne meje in logiko BMS. Številne 12V baterije LiFePO4 so zgrajene na osnovi 12,8V nazivne napetosti. Sedanji 12-voltni natrijevo-ionski izdelki so manj enotni. Nekateri so bližje 12,0 V ali 12,2 V nazivni napetosti, njihova priporočena polnilna napetost pa se lahko razlikuje glede na zasnovo celic in konfiguracijo paketa.
Čeprav se oba izdelka prodajata kot "12V", ne moreta biti v istem električnem oknu.
Napetost je šele začetek. Razlikujejo se lahko tudi cilji polnjenja, obnašanje SOC, porazdelitev toka, temperaturni odziv in zaščitni pragovi BMS. Skupno enosmerno vodilo teh razlik ne odpravi. Prisili jih le, da se vključijo v isto vezje.
Ključna razlika je naslednja: Uporaba obeh kemijskih materialov v enem sistemu ni enaka neposredni vzporedni uporabi v eni baterijski banki brez upravljanja.
Obe kemijski tehnologiji lahko obstajata sočasno, če ima vsaka banka svojo nadzorovano pot. Težave povzroča preprosta različica: pozitivna-pozitivna, negativna-negativna, nato pa se pričakuje, da bo en polnilnik in en inverter oba akumulatorja obravnaval, kot da sta iz iste družine.
Zakaj se natrijevo-ionski in LiFePO4 ne obnašata enako
Prva težava je nazivna napetost. Pri trdno vzporedni postavitvi lahko baterija z višjo napetostjo potisne tok v baterijo z nižjo napetostjo, še preden je uporabna obremenitev sploh uporabljena. Ta izravnalni tok ne napaja sistema. Povečuje le napetost, toploto in izgube.
Velikost tega navzkrižnega toka ni odvisna samo od razlike napetosti. Pomembna je upornost kablov, upornost kontaktov, SOC paketa, simetričnost povezave, obnašanje varovalk in odziv sistema BMS. Zato je lahko vzporedni sistem z mešano kemijo na papirju videti sprejemljiv, na terenu pa se obnaša nepredvidljivo.
Druga težava je krivulja praznjenja. LiFePO4 je znan po tem, da ima zelo ravno napetostno plato v večjem delu svoje uporabne zmogljivosti. Obnašanje natrijevih ionov je odvisno od specifične kemije in zasnove paketa, vendar mnogi trenutni izdelki kažejo bolj viden padec napetosti v celotnem obdobju SOC.
Preprosto povedano, obe bateriji ne "kažeta" preostale energije na enak način. Ena lahko dlje časa ohranja enakomerno napetost. Druga lahko kaže bolj postopno spreminjanje napetosti. To vpliva na porazdelitev toka, interpretacijo SOC in na to, kako pretvornik ali polnilnik interpretira celotno baterijo.
Tretja težava je okno za polnjenje. Polnilni profil, ki dobro deluje za LiFePO4, morda ne bo v celoti napolnil natrijevega ionskega paketa, ki je zasnovan za višjo zgornjo napetost. Po drugi strani pa je lahko natrijev ionski profil, ki je primeren za en izdelek, neprimeren za banko LiFePO4 ali za drugo natrijev ionsko zasnovo.
To ne pomeni vedno takojšnjega neuspeha. V mnogih primerih je posledica bolj subtilna: ena baterija je premalo napolnjena, ena baterija je pod stresom ali pa se ena BMS odklopi prej, kot je bilo pričakovano. Nekaj časa se lahko zdi, da sistem deluje, prav zato lahko ta zasnova zavaja uporabnike.
| Parameter | Natrijevo-ionski | LiFePO4 |
|---|
| Nazivna napetost v paketih razreda 12V | Odvisno od izdelka; veliko trenutnih paketov ima približno 12,0-12,2 V | Običajno okoli 12,8 V |
| Napetost absorpcije naboja | odvisno od izdelka; nekateri izdelki uporabljajo približno 15,6 V, medtem ko drugi uporabljajo nižje ali drugačne zgornje meje polnjenja. | Običajno okoli 14,2-14,6 V |
| Krivulja praznjenja | Pogosto bolj nagnjeni čez SOC | Zelo ravna v večjem delu uporabne SOC |
| Polnjenje pri nizki temperaturi | Zelo specifično za posamezen izdelek | Običajno je omejitev pod 0 °C, razen če je vgrajeno ogrevanje. |
| Pragovi BMS | Prilagojeno kemiji natrijevih ionov in zasnovi paketa | Prilagojeno kemiji LiFePO4 |
| Neposredna vzporednica z drugo kemijo | Ni priporočljivo | Ni priporočljivo |
Ni pomembno, da je ena kemija boljša od druge. Gre za to, da nista naravno usklajeni kot ena vzporedna baterijska banka.
Kaj lahko gre narobe, če jih vseeno povežete?
Najpogostejša težava je navzkrižni tok. Ena baterija potiska tok v drugo, ker se njuni napetosti ne ujemata. Ta tok povzroča napetost, ne da bi opravljal koristno delo.
Naslednja težava je neenakomerna porazdelitev obremenitve. Ena baterija lahko nosi večji del obremenitve pretvornika, ker je zaradi svoje napetosti, notranje upornosti ali obnašanja sistema BMS v tistem trenutku lažji vir. Pri majhnih obremenitvah neuravnoteženost morda ni očitna. Pri skokovitih obremenitvah, hladnih pogojih ali globoki izpraznitvi pa je lahko razlika veliko večja.
Drugo veliko tveganje je neusklajenost BMS. Vsak BMS je zasnovan na podlagi lastne kemije, napetostnih pragov, tokovnih omejitev, temperaturnih pravil in zaščitne logike. Če se ena baterija prej odklopi, lahko druga baterija nenadoma prevzame celotno obremenitev. V sistemu z inverterjem lahko to povzroči izklop, kode napak ali nepričakovano obremenitev preostale banke.
Pogosta je tudi nedoslednost pri zaračunavanju. Zdi se, da je polnilec končal običajen cikel, vendar je ena baterija morda še vedno premalo napolnjena, medtem ko se druga vzdržuje v napetostnem območju, ki ni idealno za njeno zasnovo.
Na koncu je tu še vprašanje podpore in garancije. Večina proizvajalcev objavlja smernice za vzporedne baterije za usklajene baterije, ne pa tudi za mešane kemijske težko vzporedne sklope. Če sistem odpove, je odpravljanje težav oteženo, saj težava ni več samo v bateriji, polnilniku ali pretvorniku. Gre za interakcijo med vsemi.
Od kod običajno prihaja to vprašanje
To vprašanje se pogosto pojavlja pri nadgradnjah avtodomov in kombijev. Uporabnik že ima hišno banko LiFePO4 in želi boljšo zmogljivost v hladnem vremenu, ne da bi zamenjal celoten sistem.
Pojavlja se tudi pri širjenju sončne energije izven omrežja. Obstoječi sistem LiFePO4 deluje, vendar je naslednja razpoložljiva ali privlačnejša možnost razširitve natrijevo-ionska.
V morskih in rezervnih sistemih nekateri uporabniki vidijo mešano kemijo kot obliko redundance. V resnici lahko nenadzorovana redundanca ustvari nove poti napak, namesto da bi izboljšala odpornost.
Pri projektih naknadnega opremljanja OEM se enako vprašanje pojavlja na višji ravni. Inženirji morda želijo ohraniti obstoječo platformo LiFePO4, hkrati pa v isto družino izdelkov dodati natrijevo-ionske. To je mogoče storiti, vendar mora biti arhitektura zasnovana na podlagi ločevanja, nadzora in predvidljivega obnašanja pri okvarah.
Ko je tveganje večje
Tveganje se poveča, če obe kemijski tehnologiji uporabljata isto vodilo, isti polnilnik, isti pretvornik in iste nastavitve. To sili v eno nadzorno logiko za dve bateriji, ki se ne obnašata enako.
Težava je večja tudi zaradi obremenitve inverterja z visokim tokom. Naraščajoče povpraševanje hitro razkrije neravnovesje tokovne porazdelitve. Sistem, ki se zdi stabilen pri majhni enosmerni obremenitvi, se lahko ob zagonu inverterja, motorja, kompresorja ali črpalke obnaša povsem drugače.
Hladno vreme doda še eno plast. LiFePO4 se običajno ne sme polniti pod lediščem, razen če je vgrajeno ogrevanje ali upravljanje polnjenja pri nizkih temperaturah. Natrijevo-ionski sistemi imajo morda boljši potencial pri nizkih temperaturah, vendar je to še vedno odvisno od natančnih omejitev celic, paketa, sistema BMS in proizvajalca. Ni varno domnevati, da se lahko vsi natrijevo-ionski paketi prosto polnijo v pogojih pod ničlo.
Večje banke otežujejo reševanje težav. Več nizov pomeni več priključnih točk, večje tveganje neuravnoteženosti in več možnih poti napak. Banka z mešano kemijo in več vzporednimi nizi ni le večja različica preproste banke baterij. Je bolj zapleten in manj predvidljiv električni sistem.
Varnejši načini uporabe obeh kemikalij v enem sistemu
Načelo boljše zasnove je nadzorovano sobivanje, ne pa neposrednega mešanja.
| Arhitektura sistema | Pogled na inženiring |
|---|
| Neposredna vzporedna povezava med pozitivnim in negativnim / negativnim in negativnim | Tvegano, ker se dve kemijski vrsti združita v eno baterijsko banko, ki ni pod nadzorom. |
| Enak polnilnik, enak pretvornik, enako vodilo DC | Tvegano, ker mora ena nadzorna logika služiti dvema različnima obnašanjem baterije |
| Samo izolator akumulatorja, rele ali varovalka | Ni dovolj, ker zaščitna strojna oprema ne rešuje neusklajenosti polnilnega profila ali sistema BMS. |
| Ločene banke s polnjenjem DC-DC | Varnejše, ker vsaka kemija ohranja svoje napetostno okno in logiko BMS |
| Ločene polnilne poti | Varnejše, saj lahko vsaka banka prejme pravilen profil polnjenja. |
| Oblikovanje sistema na podlagi vlog | Varnejši, ker se vsaka kemikalija uporablja tam, kjer je najprimernejša. |
Pri sistemih za naknadno opremljanje so ločene baterije s polnjenjem DC-DC pogosto najčistejša možnost. Vsaka kemija ima svoje okno delovanja, stopnja DC-DC pa nadzorovano upravlja prenos energije.
Pri naprednejših sistemih ima lahko vsaka baterija svojo polnilno pot, zaščitno pot in nadzorno logiko. Obremenitve se lahko namesto prek preprostega skupnega vodila napajajo prek upravljane strojne opreme za pretvorbo ali združevanje virov.
V nekaterih primerih je najboljša zasnova, ki temelji na vlogah. LiFePO4 lahko ostane glavna hišna banka, če je sistem že zgrajen okoli nje. Natrijevo-ionsko baterijo je mogoče uporabiti kot pomožno banko za hladno vreme, sekundarni skladiščni modul ali baterijo za specifične aplikacije, kjer so njene prednosti pomembne.
Cilj ni, da bi se dve različni kemijski tehnologiji izdajali za eno baterijo. Cilj je, da vsaka kemija deluje v pogojih, za katere je bila zasnovana.
Kaj pa, če ste jih že vzporedno povezali?
Če so bile natrijeve ionske baterije in baterije LiFePO4 že neposredno vzporedne, ne domnevajte, da je sistem varen samo zato, ker se zdi, da deluje.
Če je to varno, prenehajte polniti in odstranite visoke obremenitve. Nato odklopite mešano vzporedno povezavo v skladu z ustrezno prakso električne varnosti. Obe bateriji pustite počivati ločeno in preverite neobičajno toploto, vonj, nabrekanje, stanje napake BMS, neobičajno napetost v mirovanju ali kode napak.
Ne poskušajte "uravnotežiti" obeh kemijskih sestavin, dokler nista videti dovolj podobni. Podobna napetost v mirovanju še ne pomeni, da si bosta pravilno delili tok pri polnjenju, praznjenju, nenadni obremenitvi ali hladnem delovanju.
Če se pojavijo vidne poškodbe, nenormalna toplota, vonj, nabrekanje, ponavljajoče se napake BMS ali negotovost glede varnega odklopa, prenehajte uporabljati sistem in pokličite usposobljenega tehnika.
Pravilen naslednji korak je, da jih ne povežete neposredno. Treba je preoblikovati sistem z ločenimi baterijami, krmiljenjem DC-DC ali načrtom za razširitev baterij, ki ustreza kemijski sestavi.
Boljše inženirsko pravilo: Ujemanje kemije znotraj ene vzporedne banke
Najpreprostejše pravilo je še vedno najboljše: ohranite eno vzporedno baterijsko banko kemijsko usklajeno..
To pomeni enako kemijo, enak razred nazivne napetosti, podobno zmogljivost, podobno starost in po možnosti enako družino modelov. Ujemajoče se baterije bolj predvidljivo delijo tok, se čistejše polnijo in jih je lažje spremljati, podpirati in odpravljati težave.
Tudi za usklajene baterije so potrebni pravilna ožičenja, ustrezna zasnova zbiralnic, primerne varovalke, podobne dolžine kablov in proizvajalčeve odobrene meje vzporednega delovanja. Banke z mešano kemijo dodajo še eno stopnjo negotovosti, ki je večina sistemov na terenu ne potrebuje.
Natrijevo-ionsko in LiFePO4: Katerega izbrati namesto mešanja?
Izberite natrijev ion, kadar je osrednjega pomena nizkotemperaturna zmogljivost, kadar je sistem že od začetka zasnovan na natrijevem ionu ali kadar ima natrijev ion lahko svojo lastno električno pot.
Za LiFePO4 se odločite, ko že imate razvit ekosistem LiFePO4 in želite najčistejšo pot širitve znotraj tega ekosistema z najmanjšim tveganjem.
Odločite se za nadzorovano soobstojnost, ko obe kemijski tehnologiji prinašata vrednost istemu projektu, vendar je vsaki od njiju mogoče dodeliti lastno vlogo, način polnjenja in zaščitno logiko.
Pravo pravilo za odločanje ni "katera kemija zveni bolje". To je katera kemija bolje ustreza celotnemu sistemu.
Zaključek
Ne delajte neposredno vzporedno natrijevo-ionska baterija in . baterije LiFePO4. Njihova napetost, način polnjenja, logika BMS, delitev toka in omejitve nizke temperature se morda ne ujemajo.
Namesto tega uporabite nadzorovano sobivanje: DC-DC pretvorbo, ločene poti polnjenja ali upravljan nadzor nad viri. To zaščiti okno delovanja vsake baterije in olajša podporo sistema na terenu.
Za projekte z mešanimi sistemi, stopite v stik z nami pregledati modele baterij, inverter, nastavitve polnilnika, profil obremenitve, temperaturno območje, ožičenje in zahteve sistema BMS.
POGOSTA VPRAŠANJA
Ali lahko vzporedno uporabljam 12-voltno natrijevo-ionsko baterijo z 12-voltno baterijo LiFePO4?
Kot neposredna trdo-paralelna banka na splošno ni priporočljiva. "12V" je le oznaka za razred izdelka. Dve bateriji imata lahko še vedno različne nazivne napetosti, obnašanje pri polnjenju, krivulje praznjenja, notranji upor in zaščitno logiko.
Če sta obe bateriji označeni z 12 V, zakaj ne moreta delovati skupaj?
Ker baterije niso pasivni viri energije. Na njihovo obnašanje v skupnem sistemu vplivajo napetost, cilji polnjenja, odziv na delitev toka, ocena SOC, temperaturne omejitve in logika BMS.
Ali je varno mešati natrijeve ione in LiFePO4, če sta napetosti blizu?
Ni nujno. Napetost v mirovanju je le del problema. Akumulatorji se lahko še vedno obnašajo drugače pri polnjenju, praznjenju, prenapetosti inverterja, nizki temperaturi ali zaščitnih dogodkih BMS.
Ali lahko baterijski izolator zagotovi varnost mešanega sistema natrijevih ionov in LiFePO4?
Preprost izolator običajno ni dovolj. Zmanjša lahko nekatere pogoje povratnega toka, vendar ne reši neusklajenosti polnilnega profila, obnašanja SOC, delitve toka ali koordinacije BMS. Nadzorovani vmesnik, kot je pretvorba DC-DC, je običajno varnejša zasnova.
Ali lahko uporabljam isti polnilnik za natrijeve ione in LiFePO4?
Samo v ločeni arhitekturi in samo, če profil polnjenja ustreza določeni banki, ki se polni. Če imata obe kemični bateriji en sam polnilni profil na enem nenadzorovanem enosmernem vodilu, se lahko ena baterija premalo polni ali pa se druga polni zunaj želenega območja.
Kakšen je najvarnejši način uporabe natrijevih ionov in LiFePO4 v istem projektu?
Obravnavajte jih kot ločene upravljane banke in jih povežite prek ustreznega pretvorbenega ali nadzornega sloja. V številnih sistemih je varnejša zasnova pretvorba DC-DC, ločene polnilne poti ali dodeljevanje baterij na podlagi vlog namesto neposredne trdne vzporedne povezave.