EN
Модернизиране от ниско към високо напрежение на батериите за съхранение: Какви промени настъпват в ефективността, електрическата инсталация и съвместимостта с инверторите
Система с 48 V по-бързо достига максималната си мощност, отколкото повечето C&I проекти очакват. Ето петточковият списък за модернизация — работен диапазон на постоянното напрежение, съвместимост с инвертор, загуби в кабелите, архитектура на системата за управление на батериите (BMS) и безопасни разстояния — преди да се ангажирате с високоволтова група.
Основни събития
- Токът е основното ограничение за мащабиране. С увеличаването на мощностната консумация системата с 48 V изисква рязко нарастващ ток. Загубите в кабелите, затоплянето на връзките и нуждата от охлаждане могат да станат основни бутални точки за ефективността.
- Модернизацията от ниско към високо напрежение е преизграждане на цялата система. Петточковият списък за модернизация обхваща работния диапазон на постоянното напрежение, съвместимостта с инвертора и BMS, кабелите и защитата, архитектурата на BMS и разстоянията за изолация. Хардуерът, класифициран за 80–1000 V, все още трябва да съответства на конкретна батерийна конфигурация.
- По-високото напрежение означава по-нисък ток при еднаква мощност. При 144–192 V токът е една трета до една четвърт от тока при 48 V. При 400 V той е около 12 %: за 50 kW са необходими 125 A вместо приблизително 1042 A, преди загубите при преобразуване.
- Първо проверете инвертора. Диапазонът на постояннотоковия вход за батерията му трябва да обхваща целия работен диапазон на кластъра, а протоколът на BMS трябва да съответства коректно на HV главното устройство. Само съвпадащите типове конектори не са достатъчни.
- Проектирайте въз основа на съвместима хардуерна платформа. HV главните кутии JKESS 100A/200A и slave комплектите 4U/6U осигуряват модулна основа за нови HV проекти и проектирани надстройки от LV към HV.
Защо 48V системите достигат горна граница по мощност
48V нисконапрежението батерийно съхранение е разпространено в жилищни и малки търговски приложения. Когато изискванията за проекта нараснат до десетки или стотици киловата, практическият лимит на архитектурата с ниско напрежение става все по-важен. Горната граница се определя от инвертора, проводниците, връзките, защитата и условията на инсталацията; няма единна гранична мощност за всяка 48V система.
Централният въпрос е токът. Постоянният ток (DC) е равен на напрежението, умножено по тока. Доставянето на 50 kW при 48 V изисква приблизително 1042 A, докато същата мощност при 400 V изисква само 125 A. По-високият ток изисква по-големи проводници и съединения и увеличава резистивното загряване при дадено съпротивление на веригата. Загубите в кабелите и товарът върху системата за охлаждане могат да намалят ефективността на системата. P = V × I · I = P / V · Загуби в кабела = I²R
Когато собственикът иска по-голяма капацитетна мощност или по-високо самопотребление от фотоволтаични панели (PV), често изборът е или да се паралелно свържат повече батерии с 48 V, или да се премине към архитектура с високо напрежение. Добавянето на паралелна мощност по себе си не увеличава тока при фиксирана обща мощност; увеличаването на мощността го прави. Следователно решението изисква повече от просто цитиране на цена за батерии: оценете петте системни промени по-долу.
48 V ниско напрежение (LV) срещу високо напрежение (HV) BESS: сравнение на системно ниво
| Размер | система с ниско напрежение 48 V | Система с високо напрежение (апаратно работно напрежение от 80 до 1000 V) |
|---|---|---|
| Ток при еднаква мощност | Високо: приблизително 1 042 A при 50 kW / 48 V. | По-ниско: 125 A при 50 kW / 400 V. |
| Кабели и загуби в медта | По-високият ток изисква по-големи проводници, по-големи съединения и повече място за трасиране. | По-ниският ток може да намали размера на проводниците, загубите в медта и необходимото място за трасиране; все още е задължителна изолация за високо напрежение (ВН). |
| Системна ефективност | кПД 88–91 % в примерното сравнение по-долу; не е универсален показател за НН. | кПД 94–96 % в примерното сравнение по-долу; не е универсален показател за ВН. |
| Метод на разширяване | Успоредно включване на допълнителни 48 V модули. По-високата мощност увеличава общия ток; само добавянето на капацитет не води до това. | Серийните модули повишават напрежението и енергията; одобрените паралелни високоволтови кластери увеличават капацитета при същото напрежение. |
| Съвместимост с инвертор | Изисква се инвертор, проектиран за избрания нисковолтов диапазон на батерията и протокола. | Диапазонът на постояннотоковото напрежение на инвертора трябва да обхваща действителния минимален до максимален волтаж на кластера. |
| Архитектура на BMS | Често това е интегриран модул BMS с координация между паралелните модули, когато е необходимо. | Обикновено има главен модул с множество подчинени BMU, координирана защита и мониторинг на изолацията, когато е необходимо. |
| Проектиране за безопасност | Напрежението е по-ниско, но остават значителни рискове от повреден ток, загряване на връзките и пожар. | По-високите рискове от електрически удар и дъгов разряд изискват сертифицирана изолация, предварително зареждане, защита и блокировки, когато е приложимо. |
| Типични приложения | Битови системи за съхранение, малки резервни системи и приложения с по-ниска мощност. | Системи за съхранение в комерсиални и индустриални (C&I) сектори, проекти от страна на мрежата и зареждане/разреждане с по-висока мощност. |
Сравнение на ефективността: Числата 88–91 % и 94–96 % са ориентировъчни планиращи диапазони, а не измерени резултати или гаранции за всички нисковолтови (LV) и високоволтови (HV) системи. Сравнявайте ефективността при цикъл „напред-назад“ при еднаква граница на измерване (AC или DC), мощност, температура, диапазон на степента на зареждане и условия за допълнителни натоварвания. По-ниски загуби по кабелите сами по себе си не гарантират по-висока ефективност на цялата система.
Проверочен списък от 5 точки преди преминаване към HV
-
Потвърдете входния DC диапазон на съществуващия инвертор
Пълният напрежен диапазон на избраната батерийна група — от най-ниското разрешено напрежение при разреждане до най-високото напрежение при зареждане — трябва да попада в DC диапазона за батерии на инвертора/PCS. Проверете напрежението при стартиране, граничните стойности за ток и мощностната способност през целия този диапазон. Това, че главният инвертор е класифициран за 80–1000 V, не означава, че всяка батерийна група работи в целия този диапазон.
Ако съществуващият инвертор поддържа само 48 V или друг диапазон на ниско напрежение за батерии, той не може директно да приема високоволтова батерия. Планирайте използването на съвместим инвертор или специално проектиран и одобрен двупосочен DC/DC интерфейс. Номиналното входно напрежение за PV не гарантира съвместимост с батерийния порт.
-
Потвърдете съответствието на протокола за комуникация на BMS
В модулна високоволтова система главният BMS комуникира с инвертора чрез интерфейси като CAN или RS485. Потвърдете електрическия интерфейс, разположението на контактите (pinout), изолацията и скоростта на комуникация, включително поддържаните скорости на CAN, например 250 kbit/s или 500 kbit/s.
Съгласуването на интерфейса и битовата скорост е само първата стъпка. Потвърдете идентификаторите на съобщенията (message IDs) или картите на регистрите, мащабирането, данните за степента на зареждане (state-of-charge), ограниченията за зареждане/разреждане, алармите, поведението при изтичане на времето (timeout) и началната ръкостискане (startup handshake). Установете дали е необходима одобрена прошивка за съответствие или шлюз за протоколи, преди да се ангажирате с хардуера.
-
Пресметнете отново кабелите и защитните устройства
По-високото напрежение намалява тока при еднаква мощност, но изисква по-висока класификация на напрежението за веригата. Изберете отново изолацията на кабелите, съединителите, постояннотоковите прекъсвачи, предпазителите, контакторите и устройствата за изолация според максималното работно напрежение, очаквания ток при повреда и необходимата способност за прекъсване на постояннотоковата верига.
Изберете сечението на проводниците според максималния ток при минимално напрежение на батерията, условията на монтаж, пада на напрежението, термичните ограничения и устойчивостта при късо съединение. Не приемайте, че съществуващите нисконапрежението кабели и защитни устройства могат да се използват повторно само защото новият работен ток е по-нисък.
-
Оценете архитектурата на BMS и мониторинга на изолацията
Модуларният високонапрежен (HV) кластър обикновено изисква главен контролер, който координира няколко подчинени BMU, управлява предварителното зареждане и последователността на контактите и предава работните ограничения на PCS. Дефинирайте функциите за мониторинг на изолацията и високонапрежената блокировка, които са необходими според схемата за заземяване и проекта за защита на системата.
Съществуващият модул за управление на батерии (BMS) с ниско напрежение може да не поддържа тези функции или изолацията, необходима за серийно свързване. Потвърдете разпределението на отговорностите между главния и подчинените модули, външните устройства за защита и инвертора, след което проверете изискваните реакции при повреди по време на пускане в експлоатация.
-
Потвърдете разстоянията за въздушна изолация, повърхностна изолация и непрекъснатост на заземяването
Прегледайте съществуващото отделение или шкаф за батерии относно въздушните разстояния, разстоянията за повърхностна изолация по изолиращи повърхности, непрекъснатостта на защитното заземяване, преградите, трасирането на кабелите и достъпа за поддръжка. Шкаф, подходящ за 48 V, не е автоматично пригоден за високоволтово (HV) свързване.
Изискваните разстояния зависят от работното напрежение, транзиентното въздействие, степента на замърсяване, изолационните материали, надморската височина и приложимите стандарти за оборудване. Нека предложената компоновка бъде прегледана за конкретната инсталация, а не се прилага една универсална стойност за разстояния.
JKESS HV продукти за нови проекти и модернизации
| Продукт | Модел | Роля в модернизацията | Основни параметри |
|---|---|---|---|
| 100A HV главен контролен блок | HV-BC150-100A | Главен контролер за високоволтови клъстери с умерен ток. | 100 A непрекъснато; 80–1000 V DC; 33S–270S. |
| 200A HV главен контролен блок | HV-BC250 | Главен контролер за високоволтови клъстери с по-висок ток. | 200 A непрекъснато; 80–1000 V DC; 32S–273S. |
| 6U комплект за слейв батерийна кутия | HV Slave 6U комплект | 16S слейв модул с интегрирана CCS сглобка. | 16S LiFePO4; BMU-H5-16. Потвърдете конфигурацията за активно балансиране 2 A. |
| комплект за 4U батерийно куфарче – подчинено устройство | HV Slave 4U комплект | Компактен 16S модул – подчинено устройство, без CCS; за отделно проектирани връзки на клетките. | 16S LiFePO4; харнеси за измерване на напрежение и температура; клетките не са включени. |
| Модулна струкурирана система | Високоволтова BMS – главен + подчинени комплекти | Един главен + 4–16 подчинени устройства; приблизително 64–256 kWh при около 16 kWh на модул. | главен диапазон на постояннотоковото напрежение: 80–1000 V DC; за работа в мрежа или извън мрежа е необходим съвместим PCS и подходящо системно проектиране. |
Планирайте разширението на ниво кластър. Модулната платформа JKESS поддържа управление по верига (daisy-chain) на 4–16 подчинени куфарчета в одобрени конфигурации. Започнете с по-малка система и разширявайте в рамките на ограниченията на избрания главен модул и на DC-напрежението на инвертора. Илюстративният обхват от 64–256 kWh предполага приблизително 16 kWh на модул; действителната номинална и използваема енергия зависи от капацитета на клетките, броя на модулите и работните ограничения.
Уточнете конфигурацията на BMU. Спецификацията на модулната система включва BMU-H5-16 подчинено управление, активно балансиране до 2 A и точност при измерване на напрежението на клетките ±0,005 V. Потвърдете тези стойности за точно поръчания комплект и ревизия на хардуера, тъй като публикуваните спецификации на комплектите се различават.
Източник на клетки — локално. Всички посочени комплекти не включват батерийни клетки. Клиентите могат да набавят съвместими LiFePO4 клетки локално, за да управляват разходите за верига на доставките и сглобяването. Конфигурацията 6U включва CCS; конфигурацията 4U използва сензорни и температурни кабелни снопове без CCS.
Проверка при избора: Съгласувайте напрежението, непрекъснатия ток, броя на клетките в серия, броя на подчинените устройства, фърмуера и защитните функции като цялостна конфигурация. Всички ограничения се прилагат едновременно; поддържаният брой клетки не отменя максималното системно напрежение. Функциите за свързване към мрежата и за работа извън мрежата зависят от цялостния дизайн на PCS/EMS.
3 чести грешки при надстройка от LV към HV
Грешка 1: Проверка на напрежението на батерията, но пренебрегване на работния диапазон на инвертора
Закупуването на високоволтова батерия преди проверка на инвертора може да остави системата неработеща. Първо потвърдете DC-прозореца на батерийния порт, ограниченията за ток и изискванията за комуникация. Само номиналното напрежение на батерията не е достатъчно.
Грешка 2: Повторно използване на нисковолтови кабели и защитни устройства без преглед
Изолацията на кабелите, номиналното напрежение на конекторите и прекъсвачите или предпазителите за постояннотокова верига трябва да са подходящи за високоволтовата архитектура. По-ниският ток не прави нисковолтовата защитна верига подходяща за система с по-високо напрежение.
Грешка 3: Игнориране на разликите в архитектурата на BMS
BMS за нисковолтов модул не е автоматично заместител на високоволтова майстор-робот система. Липсата на мониторинг на изолацията, неподходяща изолация или несъвместима комуникация могат да доведат до провал при пускането в експлоатация или да направят недостъпни задължителните функции за защита.
Често задавани въпроси
Мога ли да обновя батерията си до високоволтова, без да сменям инвертора?
Само ако входният DC диапазон на съществуващия ви инвертор за батерии обхваща пълния работен диапазон на избраната високоволтова батерия и нейният комуникационен протокол съвпада с този на главната BMS за високо напрежение. Номиналният диапазон 80–1000 V е работната област на главното хардуерно устройство, а не напрежението на всяка отделна батерийна група. Ако вашият инвертор е проектиран за 48 V или батерии с ниско напрежение, заменете го със съвместимо устройство или използвайте специално проектирано и одобрено двупосочна DC/DC система; преобразувателят не е готово решение за съвместимост чрез просто включване.
Каква е разликата в ефективността между BESS с 48 V и с високо напрежение?
По-високото постоянно напрежение намалява тока при еднаква мощност и може да намали загубите в кабелите. Илюстративното сравнение на 88–91 % за ниско напрежение и 94–96 % за високо напрежение не е универсален или гарантирани диапазон за ефективност при цикъл на зареждане и разреждане. Фактическите резултати зависят от инвертора/PCS, елементите, съпротивлението на кабелите, работната мощност, температурата, допълнителните натоварвания и границите на измерването. Сравнявайте резултатите от тестовете при еднакви условия, преди да използвате стойност за ефективност в бизнес-анализ.
Мога ли да използвам повторно съществуващите си батерийни модули за 48 V в система с високо напрежение?
Не директно, освен ако производителят на модула явно не одобри серийното свързване при целевото напрежение на стека. Много модули за 48 V са проектирани за паралелно свързване и нямат необходимата изолация, класове на превключване или комуникационна конструкция за серийно свързване при високо напрежение. Използвайте одобрени модули за високо напрежение и съвместима BMS или подложете цялата архитектура на оценка, преди да разглеждате повторното използване.
Каква архитектура на BMS изисква системата с високо напрежение?
Модулна високоволтова батерийна енергийна система (BESS) обикновено използва архитектура на система за управление на батерии (BMS) с главен и подчинени блокове: главният контролен блок управлява няколко подчинени блока за управление на батерии (BMU), като всеки от тях следи група клетки. Главният блок координира управлението на контакторите, предварителното зареждане, мониторинга на изолацията и комуникацията с инвертора/системата за управление на мощността (PCS). Потвърдете кои функции са интегрирани и кои изискват външни устройства в избраната конструкция.
Предлага ли JKESS комплектни високоволтови батерийни кутии без клетки?
Да. Комплектите JKESS HV Slave 6U и 4U се доставят без клетки, което позволява на клиентите да набавят съвместими LiFePO4 клетки локално. Комплектът 6U включва съединителна система CCS; комплектът 4U не включва CCS и използва кабели за измерване на напрежение и температура. Потвърдете списъка с материали и одобрените размери на клетките преди сглобяване.
Какви са специфичните мерки за безопасност при високоволтови батерийни енергийни системи (BESS)?
Системите за съхранение на енергия с по-високо напрежение изискват координирани изолационни разстояния, въздушни разстояния и пътища за изтичане, защитно заземяване, защита от допир, предварително зареждане, както и комутационни устройства и защита при повреди, подходящи за постояннотокови вериги. Уточнете необходимостта от мониторинг на изолацията и високоволтови блокировки според избраната схема на заземяване, конструкцията на оборудването и приложимите стандарти. Квалифицирани инженери трябва да проверят цялата система; шкаф за ниско напрежение не е автоматично подходящ за преобразуване.
Как изчислявам размера на кабела за високоволтова батерийна система?
Изчислете максималния ток при най-напрежението на батерията по време на експлоатация, включително загубите при преобразуване и изискванията за преходни режими. След това изберете размера на проводника според неговата токопроводимост, начина на монтиране, температурата на околната среда, групирането, дължината на кабела, допустимото падане на напрежение и устойчивостта при късо съединение. Изолацията и съединителите също трябва да са оценени за най-високото системно напрежение. По-високото напрежение може да позволи по-малък проводник при същата мощност, но токът сам по себе си не определя размера на кабела. Следвайте приложимите електротехнически норми и изисквания към оборудването.
Мога ли да започна с малка високоволтова система и да я разширя по-късно?
Да, в рамките на одобрена конфигурация. Модулната платформа JKESS изброява от 4 до 16 периферни модула (slave boxes) за всеки главен модул (master), като броят зависи от избрания главен модул, фърмуера и ограниченията за напрежението на инвертора. Четири приблизително 16 kWh модула дават примерна начална капацитетна стойност от около 64 kWh; капацитетът зависи от използваните клетки. Добавянето на модули в серия повишава както напрежението, така и енергийния капацитет, затова при всяко разширение трябва да се проверят отново границите на постояннотоковия (DC) диапазон, съвместимостта на модулите, защитните функции и изискванията за пускане в експлоатация.
Какъв е типичният срок за доставка на високоволтови (HV) главни и периферни комплекти JKESS?
Срокът за доставка зависи от модела, складовото местоположение, количеството и конфигурацията. На страницата за продукта 100A главен модул се посочва наличност от склада в Полша и срок за доставка от 3 до 7 работни дни за поръчки от налични артикули, докато на страницата за продукта 200A главен модул се посочва срок от 15 до 20 работни дни за стандартни поръчки. Сроковете за периферни комплекти и поръчки по спецификация могат да се различават. Потвърдете текущата наличност и условията за доставка в вашата оферта.
Предоставя ли JKESS техническа поддръжка за модернизации от ниско напрежение (LV) към високо напрежение (HV)?
Да. Споделете с инженерния екип на JKESS текущите спецификации на инвертора, профила на натоварването и ограниченията за обекта, за да бъде извършена оценка на възможността. Заявете електрическите схеми, изискванията към протокола и насоките за пускане в експлоатация за избраните HV главни и подчинени блокове и потвърдете обхвата на поддръжката за вашия проект.
Планирате модернизация на системата за съхранение на енергия от ниско към високо напрежение?
Споделете модела на текущия инвертор, диапазона на DC входа и профила на натоварването с нашия инженерен екип. Ще ви помогнем да потвърдите дали модернизацията към високо напрежение е подходяща за вашата архитектура или ще предложим поетапен подход.
Поискайте персонализирана оферта →