Ko govorimo o litijevih baterijskih sistemih, večinoma poudarjamo zmogljivost, napetost ali življenjsko dobo cikla. Vendar pa se pod temi površinskimi kazalniki skriva ključni proces, ki vpliva na dolgoročno delovanje baterije: uravnoteženje baterije.
Ne glede na to, ali ste integrator baterij OEM, monter zunaj omrežja ali Skladiščenje energije za podjetja in industrijo kupca, morate razumeti, kako uravnotežiti baterijo. V tem poglobljenem članku je pojasnjeno, kaj je uravnoteženje baterije, zakaj je pomembno in kako neposredno vpliva na življenjsko dobo, varnost in zmogljivost litijskih baterij.
12V 100ah litij-ionska baterija
Razumevanje uravnoteženja baterije: Kaj je in zakaj obstaja?
Kaj je uravnoteženje baterije v preprostih pogojih?
Izravnava akumulatorja pomeni postopek izravnave ravni napolnjenosti posameznih celic v akumulatorju. V večceličnih sistemih, kot so 48V ali 100 kWh konfiguracije, se celice zaradi majhnih odstopanj v proizvodnji, temperaturi in notranji upornosti pogosto ne sinhronizirajo. To neravnovesje sčasoma zmanjša energetsko učinkovitost in lahko povzroči trajne poškodbe celic.
48v 100Ah baterija za golfski voziček
Kaj povzroča, da celice postanejo neuravnotežene?
Celice se sčasoma naravno izravnajo zaradi:
- Manjše razlike med proizvodnjo
- Neenakomerna porazdelitev toplote v okolju
- različno hitro staranje
- Spremembe stopenj samopraznjenja
Že razlika 1-2% med celicami, če je ne odpravite, bo povzročila težave z delovanjem.
Zakaj je potrebno uravnoteženje baterije?
Neuravnoteženega baterijskega paketa ni mogoče popolnoma napolniti ali izprazniti, ne da bi pri tem tvegali poškodbe. Najšibkejša celica bo omejila celoten sistem, kar bo povzročilo manjšo uporabno zmogljivost, prezgodnje izklope sistema BMS in hitrejšo časovno degradacijo celic.
kamada power 10kwh domača natrijeva ionska baterija
Različne vrste uravnoteženja baterij
Pasivno uravnoteženje: Preprostejše, a potratno
Pasivno uravnoteženje odstranjuje odvečno energijo iz celic z višjo napetostjo in jo prek uporov spreminja v toploto. Na to preprosto in stroškovno učinkovito metodo se zanašajo številni majhni ali potrošniški sistemi.
Prednosti:
- Nizki stroški
- Enostavno izvajanje
Proti:
- Zapravlja dragoceno energijo.
- Proizvaja toploto
- Manj primerni za velike sisteme za shranjevanje energije
Aktivno uravnoteženje: Pametnejše in učinkovitejše
Pri aktivnem uravnoteženju se energija prenaša iz celic z višjo napetostjo v celice z nižjo napetostjo z uporabo kondenzatorjev ali transformatorjev. Ta metoda deluje učinkoviteje in je primernejša za visokozmogljive sisteme ali sisteme z veliko zmogljivostjo.
Prednosti:
- Varčuje z energijo
- Zmanjšuje toplotno moč
- Dobro deluje na napravah C\&I in off-grid
Proti:
- Zahteva kompleksnejše vezje
- višji začetni stroški
Kateri je boljši za vašo aplikacijo?
Če uporabljate stensko baterijo v domačem skladišču, lahko zadostuje pasivno uravnoteženje. Za industrijske regalne sisteme ali namestitve zunaj omrežja s pogostimi globokimi cikli pa aktivno uravnoteženje zagotavlja močnejšo zaščito in dolgoročno boljšo donosnost naložbe.
Kako uravnoteženje vpliva na življenjsko dobo in učinkovitost baterije?
Povezava med neravnovesjem in zgodnjo degradacijo
Kadar so celice neuravnotežene, najšibkejša celica najprej doseže svojo napetostno mejo. Sistem BMS se odzove tako, da ustavi polnjenje ali praznjenje, čeprav imajo druge celice še vedno uporabno energijo. To:
- Zmanjša obseg uporabne energije
- preobremeni nekatere celice
- Pospešuje izgubo zmogljivosti
Podatki iz resničnega sveta
V 15kWh LiFePO4 off-grid napravi, nameščeni na gorski koči, je pomanjkanje ustreznega uravnoteženja povzročilo izgubo uporabne zmogljivosti 20% v samo 18 mesecih. Po nadgradnji sistema BMS z aktivnim uravnoteženjem je sistem ponovno pridobil približno 90% svoje nazivne zmogljivosti.
Vpliv na globino izpusta (DoD) in donosnost naložbe
Z dobrim uravnoteženjem lahko uporabniki varno dosežejo višje ravni DoD in se izognejo poškodbam celic. To vodi k večjemu izkoristku energije na cikel in nižjim stroškom na kilovatno uro v celotni življenjski dobi.
Kako lahko ugotovite, ali je vaš paket neuravnotežen?
Pogosti simptomi neravnovesja:
- Ena ali več celic predčasno doseže prenapetost ali prenizko napetost
- Nepričakovani izklopi, tudi če je SoC 50%
- Neenakomerno segrevanje celic med delovanjem
- Neusklajenost SoC iz sistema BMS in monitorjev tretjih oseb
Sodobne enote BMS običajno prikazujejo:
- Ravni napetosti celic
- Kazalniki odstopanja napetosti (v mV)
- Alarmni dnevniki, povezani z vprašanji neuravnoteženosti
Izbira pravega sistema BMS za uravnoteženje
Vse enote BMS niso enake
Nekatere proračunske enote BMS podpirajo le pasivno uravnoteženje ali pa ga sploh ne podpirajo. Za sisteme z visoko vrednostjo ali kritične sisteme mora vaša BMS ponujati:
- Spremljanje na ravni celic
- Funkcije uravnoteženja v realnem času
- Prilagodljivi pragovi uravnoteženja v nastavitvah
Kaj je treba iskati v specifikacijah BMS:
- Aktivna in pasivna vrsta uravnoteženja
- Največji tok med uravnoteženjem (npr. 50-200 mA ali več)
- Sprožilna točka za odstopanje napetosti (npr. >20mV)
- Podpora za število celic (npr. 15S, 16S, 32S ali več)
Kemija in uravnoteženje baterij: Vodnik po združljivosti
LiFePO4 (LFP)
- Odlična toplotna stabilnost, vendar je potrebno strogo upravljanje napetosti
- Ob pravilnem uravnoteženju je možna visoka življenjska doba cikla
NMC (nikelj mangan kobalt)
- Večja gostota energije, vendar zelo občutljiva na neravnovesje
- Zahteva hitro in pogosto uravnoteženje
Svinčevo-kislinski (AGM/Gel)
- Delno samouravnoteženje, vendar kratka življenjska doba celotnega cikla
- Ni priporočljivo za sodobne aplikacije shranjevanja energije
Primeri uporabe: Kdaj postane uravnoteženje ključnega pomena
Namestitve zunaj omrežja
- Ti se pogosto globoko in večkrat ciklično ponavljajo.
- Običajno se nahajajo na oddaljenih lokacijah, kjer je vzdrževanje težje.
Komercialni regali ESS
- Veliki baterijski sistemi zahtevajo zanesljivo uravnoteženje
- Možnost izboljšanega časa delovanja in skalabilnih modelov
Stanovanjsko skladiščenje
- Majhni sistemi lahko delujejo dobro s pasivnim uravnoteženjem
- Pametni sistem BMS kljub temu pomaga preprečevati težave s celicami v zgodnji fazi
Zaključek
Izravnava akumulatorjev ni le prijetna lastnost - ima ključno vlogo za dolgoročno varnost, ohranjanje zmogljivosti in vrednost naložbe. Izbira prave metode uravnoteženja in orodij za spremljanje znatno podaljša življenjsko dobo baterijskega sistema.
Iščete litijeve baterije z vgrajenim aktivnim uravnoteženjem? Pišite nam da bi izvedeli več o naših pametnih stojalih, ki temeljijo na sistemu BMS, in baterijskih sistemih "vse v enem", ki povečujejo življenjsko dobo in zmanjšujejo stroške lastništva.