EN
JKESS Engineering · Ръководство за BMS
Получете оферта →Активно срещу пасивно балансиране на BMS: Кога 2 A активно балансиране действително се изплаща?
Пасивното балансиране не е „лошо“ — просто е неефективно при плоската волтова крива на LiFePO4. Ето трите конкретни сценария, при които 2 A активно балансиране променя икономиката на вашата батерийна група.
Основни събития
- Пасивното балансиране не е по-нисшокачествено решение. То е използвано при оловно-киселинни и по-ранни литиеви батерии в продължение на десетилетия, но неговата ефективност рязко намалява при плоската волтова крива на LiFePO4.
- Между 20 % и 80 % SOC , напрежението на LiFePO4 се променя само от 3,20 V до 3,30 V (Δ = 100 mV) в този регион пасивното балансиране едва ли може да идентифицира или коригира разликите между отделните клетки.
- Активното балансиране не винаги си заслужава инвестициите. За батерийни блокове, изградени от добре подбрани клетки клас А и при еднородни температури, пасивното балансиране е стандартното решение в повече от 90 % от комерсиалните системи, свързани към мрежата.
- активното балансиране с ток 2 A се оправдава в три сценария: клетки с голяма капацитетност и значителна начална дисперсия, батерии от втора употреба и батерийни блокове с рязък температурен градиент.
- Пазарът JKESS BMU-H5-16 предоставя количествено определено техническо решение за тези сценарии чрез активно балансиране с ток 2 A, точност на измерване ±0,005 V и 8 температурни сензора NTC.
Начална отправна точка
Защо дебатът за активно срещу пасивно балансиране е погрешно разбран
В индустрията за съхранение на енергия изразът „активното балансиране е по-добро от пасивното балансиране“ почти се е превърнал в лозунг, който не нуждае от обяснение. Но този извод пренебрегва един критичен фактор: ефективността на стратегията за балансиране зависи от химическия състав на елементите и от условията на експлоатация. Активното балансиране не е автоматично по-изгодно инвестиционно решение.
При оловно-кисели и по-ранни литиево-никел-кобалт-манганови (NMC) аккумулатори волт-амперната характеристика има по-стръмен наклон. При пасивното балансиране излишният заряд се разсейва от елементите с по-високо напрежение с ток 50–200 mA в края на процеса на зареждане — това е достатъчно, за да се поддържа съгласуваност между елементите. LiFePO4 обаче има изключително плоска волт-амперна характеристика при степен на зареденост (SOC) между 20 % и 80 % — само 100 mV разделя 3,20 V и 3,30 V. В този диапазон пасивното балансиране едва ли може да установи разликите в SOC между отделните елементи, камо ли да ги коригира ефективно.
Следователно истинският въпрос не е „Дали активното балансиране е по-добро?“, а: Достатъчно ли е пасивното балансиране за вашето конкретно приложение? А ако не е, може ли активното балансиране с ток от 2 A да осигури измерима възвращаемост?
Инженерното сравнение
Как всъщност работят: техническо сравнение
| Пасивно балансиране | Активно балансиране |
|---|---|
| Принцип на функциониране Разсейва излишния заряд от клетките с по-високо напрежение като топлина чрез резистори. | Принцип на функциониране Прехвърля заряд между клетките чрез индуктивна DC-DC конверсия. |
| Къде отива енергията Губи се като топлина; енергийна ефективност: 0 %. | Къде отива енергията Прехвърля се към клетките с по-ниско напрежение; енергийна ефективност: 80–95 %. |
| Типичен ток за балансиране 50–200 mA. | Типичен ток за балансиране 1–5 A; JKESS BMU-H5-16 осигурява 2 A. |
| Работен диапазон Само по време на финалната фаза на зареждане, в областта с високо SOC. | Работен диапазон През цялото време на зареждане и разреждане, в целия диапазон на SOC. |
| Ефективност за LiFePO4 Почти неефективно в равната област на SOC от 20 % до 80 %. | Ефективност за LiFePO4 Ефективно в целия диапазон на SOC. |
| Генериране на топлина Локализирано топлинно отделяне в балансиращите резистори. | Генериране на топлина Много ниско. |
| Сложност на веригата Ниско: резистори и превключватели. | Сложност на веригата Високо: индуктори, кондензатори, MOSFET-и и контролни ИС. |
| Стойност Нисък. | Стойност По-високо, макар че разликата в разходите се намалява. |
| Влияние на най-слабата клетка Най-слабата клетка определя полезната капацитетна мощност на батерийния пакет. | Влияние на най-слабата клетка След балансиране полезната капацитетна мощност се определя от средното ниво на клетките. |
| клетка от 314 Ah · разлика от 0,5 % Приблизително 7,85 часа при 200 mA; ограниченият работен интервал прави действителното време по-дълго. | клетка от 314 Ah · разлика от 0,5 % Приблизително 47 минути при 2 A; балансирането може да се извършва през цялото време на зареждане и разреждане. |
Мястото, където се променят икономическите показатели
Трите сценария, при които активното балансиране с ток 2 A действително се оправдава финансово
Активното балансиране не е рентабилно във всички приложения. В следните три сценария подобренията в запазването на капацитета и удължаването на експлоатационния живот, осигурени от активното балансиране с ток 2 A, могат да се количествено изразят като директни финансови печалби.
Големи клетки с висок капацитет и значителна първоначална дисперсия
Предизвикателството: При закупуване на клетки с висок капацитет (280–314 Ah) може да има първоначални разлики от 1 % до 3 % в капацитета и вътрешното съпротивление дори в рамките на една и съща партида. В конфигурация 16S най-слабата клетка ограничава полезния капацитет на батерийния пакет, а разликите се натрупват при циклиране.
Стойността на активното балансиране с ток 2 A: То може бързо да елиминира първоначалната дисперсия по време на пускане в експлоатация, избягвайки загубата на капацитет, причинена от бутилковия ефект на най-слабата клетка. При първоначална дисперсия от 2 % пасивното балансиране може да изисква седмици, за да завърши първото балансиране, докато активното балансиране с ток 2 A може да го завърши за часове.
Количествено измерима възвращаемост: В система с капацитет 64 kWh елиминирането на първоначална загуба на капацитет от 2 % освобождава допълнително 1,28 kWh достъпно. При един цикъл на ден през 10-годишен експлоатационен живот това съставлява приблизително 4 672 kWh допълнителен натрупан пропускателен капацитет.
Батерии за втора употреба или повторно използване
Предизвикателството: Батериите, възстановени от различни автомобили или партиди, имат значително по-голяма вариация по отношение на капацитет, вътрешно съпротивление и скорост на саморазряд в сравнение с нови клетки. Пасивното балансиране едва успява да поддържа съгласуваност в такива силно диспергирано заредени блокове.
Стойността на активното балансиране с ток 2 A: По-високият балансиращ ток може непрекъснато да компенсира значителните разлики между отделните клетки, приближавайки полезната ёмкост на батерийния блок за втора употреба до тази на нов блок.
Количествено измерима възвращаемост: Батериите от втора употреба обикновено струват 40 % – 60 % от цената на нови батерии за закупуване. При активно балансиране, което увеличава използваемия капацитет с 10%–20%, вътрешната норма на възвръщаемост (IRR) на проекта се подобрява значително.
Батерийни пакети със силни температурни градиенти
Предизвикателството: В енергийните системи за съхранение, монтирани в стойки, клетките в горната и долната част могат да се различават по температура с 5–10 °C. Температурните разлики водят до различни скорости на саморазряд и, следователно, до дрейф на SOC. Пасивното балансиране не може ефективно да коригира това при условия на температурен градиент.
Стойността на активното балансиране с ток 2 A: Непрекъснатата работа по време на зареждане и разреждане компенсира дрейфа на SOC, предизвикан от температурата. С 8 температурни сензора NTC BMU-H5-16 може да следи температурното разпределение в реално време и да активира стратегии за балансиране.
Количествено измерима възвращаемост: Изследванията показват, че поддържането на разликата в температурата между клетките под 3°C може да удължи живота на батерийния пакет с 15%–20%.
Другата страна на решението
Когато пасивното балансиране все още е правилният избор
За комерсиални системи, свързани към мрежата, използващи добре подбрани клетки от клас А — вариация на капацитета под 0,5 % и вариация на вътрешното съпротивление под 5 % — с равномерно разпределение на температурата в блока от по-малко от 2 °C разлика , пасивното балансиране е стандартното и достатъчно решение в повече от 90 % от случаите.
Ключовият критерий за избор не е абсолютното превъзходство на «активно спрямо пасивно». Това е комбинацията от първоначалната дисперсия на клетките, градиентът на работната температура и чувствителността на системата към запазване на капацитета. Когато трите променливи са под контрол, простотата и по-ниската цена на пасивното балансиране стават по-силни предимства.
Хардуерът зад тази стратегия
BMU-H5-16: 2 A активен балансиращ слейв BMU вътре в системите JKESS HV
| Параметър | Стойност | Бележки |
|---|---|---|
| Метод за балансиране | Активно балансиране (индуктивно DC-DC преобразуване) | Енергията се прехвърля между клетките, а не се разсейва като топлина. |
| Максимален балансиращ ток | 2 A | На канал. |
| Максимален брой проби от клетки | 16 | 16S LiFePO4. |
| Диапазон / точност на измерване на напрежението | 1–4,5 V / ±0,005 V | точност 5 mV. |
| Входове за проби на температурата | 8 канала NTC | — |
| Диапазон / точност на пробите на температурата | −30 до 105 °C / ±2 °C | — |
| Канали с високо напрежение / непрекъсната способност / максимален изход | 2 / 1 A / 3 A при 300 ms | — |
| Метод за охлаждане | Интелигентно въздушно охлаждане / Регулируемо охлаждане с вентилатор | Интегриран в предната панел. |
| Комуникационни интерфейси | CAN / RS485 / верига от тип „дайзи чейн“ | К кутията за главно управление на високото напрежение. |
| Химия на клетките | LiFePO4 | Поддържа призматични клетки с капацитет 280 Ah – 314 Ah. |
| Номинален диапазон на напрежението на батерийната кутия | 100 V – 800 V DC (в зависимост от броя последователно свързани кутии) | Разширява се чрез множество кутии, свързани последователно. |
Плъзнете хоризонтално, за да видите всички колони с технически характеристики.
Източник на техническите характеристики: страницата на продукта и брошура за високоволтова резервна батерийна кутия JKESS HV Slave Battery Box.
Познайте ограниченията
3 често срещани заблуди относно активното балансиране
„Активното балансиране може да поправи повредена клетка.“
Активното балансиране може само да прехвърля заряд; то не може да възстанови химическия капацитет на клетка. Ако капацитетът на клетката вече е силно намалял, активното балансиране може само да забави неговото влияние, но не и да обърне деградацията.
„По-високият ток за балансиране винаги е по-добър.“
Токът за балансиране от 2 А е разумен за клетки с капацитет от класа 300 Ah, но прекалено високият ток за балансиране увеличава сложността и стойността на веригата. Изберете тока за балансиране според капацитета на клетките и работните условия на системата.
„Активното балансиране означава, че подборът на клетки е ненужен.“
Активното балансиране може да компенсира разликите между клетките, но не може да елиминира изключително голямата първоначална несъответственост. Покупателите все още трябва да поискат данни за съгласуваност на капацитета и вътрешното съпротивление на партидата от доставчика на клетките.
От BMU до пълна система
Как да конфигурирате високоволтовите системи JKESS с активно балансиране 2 А
Модулните високоволтови системи за съхранение на енергия JKESS използват BMU-H5-16 като основен контролен модул за подчинени устройства, комбиниран с HV-BC250 (200 A) или HV-BC150-100A (100 A) главен контролен блок. Те поддържат 4–16 периферни кутии (HV-B6U или 4U комплекта) , капацитет на системата от 64–256 kWh , и диапазон на напрежението от 80–1000 V.
| Система капацитет |
Раб кутии |
СЕРИЯ брой |
Номинален напрежение |
Главно управление опция за кутия |
|---|---|---|---|---|
| 64 kWh | 4 | 64S | ~204,8 V | HV-BC150-100A |
| 96 кВт·ч | 6 | 96S | ~307,2 V | HV-BC150-100A |
| 128 кВт·ч | 8 | 128S | ~409,6 V | HV-BC150-100A |
| 192 кВт·ч | 12 | 192S | ~614,4 V | HV-BC250 |
| 256 кВт·ч | 16 | 256S | ~819,2 V | HV-BC250 |
Плъзнете хоризонтално, за да видите всички пет конфигурационни колони.
Въпроси на купувачите, отговорени
Често задавани въпроси
Винаги ли е активното балансиране по-добро от пасивното балансиране?
Не. Активното балансиране е по-ефективно при плоската напрежение-емкостна характеристика на LiFePO4 и в сценарии с голяма вариация между клетките, но пасивното балансиране остава стандартното и достатъчно решение за повече от 90 % от търговските системи, свързани към мрежата, използващи добре подбрани Grade A клетки с равномерно разпределена температура. Правилният избор зависи от началната дисперсия на клетките, температурния градиент по време на експлоатация и чувствителността към запазване на емкостта.
Защо пасивното балансиране не работи при LiFePO4?
LiFePO4 има изключително равна волтова крива между 20 % и 80 % SOC — само около 100 mV промяна (от 3,20 V до 3,30 V). Пасивното балансиране разчита на разликите в напрежението, за да определи кои клетки трябва да се разтоварят, но в тази равна област разликите в напрежението са твърде малки, за да отразяват точно разликите в SOC. Пасивното балансиране също работи само по време на финалния етап на зареждане, което още повече ограничава неговата ефективност.
Колко дълго отнема активното балансиране с ток 2 A, за да коригира несъответствието между клетките?
За LiFePO4 клетка с капацитет 314 Ah и вариация в капацитета от 0,5 %, енергията, която трябва да се балансира, е приблизително 1,57 Ah. При активно балансиране с ток 2 A това отнема около 47 минути. При пасивно балансиране с ток 200 mA същото прехвърляне на енергия би отнело приблизително 7,85 часа — а пасивното балансиране работи само по време на финалния етап на зареждане, така че реалното време е още по-дълго.
Какви са трите сценария, при които активното балансиране с ток 2 A се оказва изгодно?
Трите сценария са: (1) клетки с голям капацитет и значителна първоначална дисперсия (вариация на капацитета от 1 % до 3 %), (2) батерии за вторична употреба или повторно използвани батерии с висока клетка-към-клетка вариация и (3) батерийни пакети с рязък температурен градиент (разлика от 5–10 °C между горните и долните клетки). В тези сценарии активното балансиране с ток от 2 A може да възстанови 1–2 % от полезната ёмкост и да удължи живота на пакета с 15–20 %.
Поддържа ли JKESS BMU-H5-16 активно балансиране?
Да. BMU-H5-16 е периферното устройство за управление на батерии (BMU) с активно балансиране на JKESS, което осигурява до 2 A балансиращ ток на канал чрез индуктивно DC-DC преобразуване. То поддържа 16S LiFePO4 клетки с точност при измерване на напрежението на клетките ±0,005 V и 8 датчика за температура NTC. Предварително е инсталирано във всички комплекта за периферни батерийни кутии с високо напрежение (HV) на JKESS.
Мога ли да модернизирам съществуваща система с пасивно балансиране, за да включа активно балансиране?
Модернизирането е технически възможно, но често непрактично, тъй като активното балансиране изисква различна електропроводка, различно хардуерно осигуряване на системата за управление на батерии (BMS) и различни протоколи за комуникация. По-икономичният подход е да се избере система, която включва активно балансиране от самото начало — особено ако приложението ви попада в една от трите сценария с висока вариация.
Как активното балансиране влияе върху гаранцията за батерийния пакет?
Активното балансиране подпомага поддържането на съгласуваност между клетките, което директно предпазва запазването на капацитета. Ако гаранцията гарантира минимално запазване на капацитета (напр. 70 % след 10 години), активното балансиране повишава вероятността пакетът да отговаря на този праг, като намалява темпа на деградация, причинена от несъгласуваност.
Каква е типичната разлика в цената между BMS с пасивно и активно балансиране?
Активното балансиране на хардуера за управление на батерии (BMS) обикновено струва с 20–40 % повече от пасивните решения на компонентно ниво. Въпреки това, в трите сценария с висока вариация допълнителният използваем капацитет и удълженият живот на батерийния пакет могат да осигурят възвръщане на тази премия в рамките на 2–3 години експлоатация.
Дали активното балансиране работи както при зареждане, така и при разреждане?
Да. За разлика от пасивното балансиране, което работи само в крайната фаза на зареждане (при високо SOC), активното балансиране функционира непрекъснато както при зареждане, така и при разреждане в целия диапазон на SOC. Това е особено важно за LiFePO4, тъй като плоската ѝ напреженна крива означава, че пасивното балансиране има много ограничени интервали на ефективност.
Как JKESS подпомага B2B клиентите при оценката на активното балансиране?
JKESS предлага модулно високоволтово BESS оборудване, включващо BMU-H5-16 активен балансиращ slave BMU, master контролни кутии HV-BC250 (200 A) и HV-BC150-100A (100 A), както и комплекти от slave батерийни кутии HV-B6U / 4U. Системата поддържа 4–16 slave кутии (64–256 kWh) с комуникация по CAN/RS485/верижна връзка. JKESS не продава клетки; клиентите придобиват LiFePO4 клетките отделно, което позволява оптимизиране на проекта на системата според специфичните характеристики на клетките.
Не сте сигурни дали активното балансиране е подходящо за вашия проект?
Споделете спецификациите на вашите клетки и работните условия с нашия инженерен екип. Ще ви помогнем да определите дали активното балансиране с ток 2 A осигурява измерима възвръщаемост за вашето конкретно приложение.
Поискайте персонализирана оферта →