EN
JKESS Engineering · BMS-i juhend
Küsi pakkumist →Aktiivne vs passiivne tasakaalustamine BMS-is: millal 2 A aktiivne tasakaalustamine tegelikult tasub end ära?
Passiivne tasakaalustamine ei ole „halb“ – lihtsalt see ei toimi hästi LiFePO4 akude ühtlasel pinge-kõveral. Siin on kolm konkreetset stsenaariumi, kus 2 A aktiivne tasakaalustamine muudab teie akupaki majanduslikku arvestust.
Peamised märkused
- Passiivne tasakaalustamine ei ole halvem lahendus. See on teeninud juba kümnenditeks plii-kaalium- ja varasemaid liitiumakusid, kuid selle tõhusus langeb järsult LiFePO4 ühtlasel pinge-kõveral.
- Vahel 20 % ja 80 % laetuse korral , muutub LiFePO4 pinge vaid 3,20 V-st 3,30 V-ni (Δ = 100 mV) . Selles piirkonnas suudab passiivne tasakaalustamine vaevalt tuvastada ega parandada rakendevahelisi erinevusi.
- Aktiivne tasakaalustamine ei ole alati investeeringu väärt. Pakide puhul, mis on ehitatud hea sobivusega Grade A elementidega ja ühtlaste temperatuuridega, on passiivne tasakaalustamine standardlahendus enam kui 90% võrguga ühendatud kaubanduslike süsteemides.
- 2A aktiivne tasakaalustamine tasub kolmes stsenaariumis: suurmahulised elemendid olulise algse dispersiooniga, teise eluks kasutatud akud ja pakid tugevate temperatuurigradientidega.
- The JKESS BMU-H5-16 pakub mõõdetavat tehnilist lahendust nendele stsenaariumidele koos 2A aktiivne tasakaalustamine, ±0.005V proovivõtu täpsus ja 8 NTC temperatuurisensorit.
Alguspunkt
Miks aktiivse ja passiivse tasakaalustamise arutelu on valesti mõistetud
Energia salvestamise tööstuses on „aktiivne tasakaalustamine on parem kui passiivne tasakaalustamine“ peaaegu saanud selliseks looraks, mida ei pea selgitama. Kuid see järeldus ignoreerib kriitilist tingimust: tasakaalustamisstrateegia tõhusus sõltub elemendi keemiast ja töötingimustest. Aktiivne tasakaalustamine ei ole automaatselt parem investeering.
Plaat- ja varasemates ternaaarsetes liitiumakuudes on pinge kõvera tõus palju järsuem. Passiivne tasakaalustamine lagundab üleliialise laadimislaengu kõrgema pingega elementidest soojuseks 50–200 mA juures laadimise lõpus, mis on piisav elementide kooskõla säilitamiseks. LiFePO4 aku pingekõver on aga erakordselt tasane 20–80% laadimisastme (SOC) vahel – 3,20 V ja 3,30 V vahel on vaid 100 mV. Sellel alal ei suuda passiivne tasakaalustamine peaaegu üldse tuvastada laadimisastme erinevusi elementide vahel, mitte rääkides nende tõhusast parandamisest.
Seega ei ole tegelik küsimus mitte „Kas aktiivne tasakaalustamine on parem?“, vaid: Kas passiivne tasakaalustamine on teie konkreetse rakenduse jaoks piisav? Ja kui mitte, kas 2 A aktiivne tasakaalustamine annab mõõdetava tagasitulu?
Tehniline võrdlus
Kuidas nad tegelikult töötavad: tehniline võrdlus
| Passiivne tasakaalustamine | Aktiivne tasakaalustamine |
|---|---|
| Tööpõhimõte Lagundab üleliialise laadimislaengu kõrgema pingega elementidest soojuseks takistuste kaudu. | Tööpõhimõte Ülekanne laengut rakendevahel induktiivse vahelduvvoolu-ja püsivoolu-teisenduse kaudu. |
| Kuhu energia läheb Kaotatud soojusena; energiatõhusus: 0%. | Kuhu energia läheb Ülekanne madalamale pingele rakendele; energiatõhusus: 80–95%. |
| Tüüpiline tasakaalustusvool 50–200 mA. | Tüüpiline tasakaalustusvool 1–5 A; JKESS BMU-H5-16 annab 2 A. |
| Tööpiirkond Ainult lõpplaadimisfaasis, kõrges laetuse (SOC) piirkonnas. | Tööpiirkond Kogu laadimise ja tühjenemise ajal kogu laetuse (SOC) vahemikus. |
| Tõhusus LiFePO4-akude puhul Peaaegu mõjutu tasasel 20–80% laadimisastme (SOC) piirkonnas. | Tõhusus LiFePO4-akude puhul Tõhus kogu laadimisastme (SOC) vahemikus. |
| Külmiseproduktsioon Kohalik soojus tasakaalustusresistoretes. | Külmiseproduktsioon Väga madal. |
| Ruumilisuse keerukus Madal: resistoreid ja lülitid. | Ruumilisuse keerukus Kõrge: induktiivsuselemendid, kondensaatorid, MOSFET-id ja juhtimisintegraalskeemid. |
| Kulu Madal. | Kulu Kõrgem, kuigi hindade vahe on kitsenev. |
| Nõrgima elemendi mõju Nõrgim element määrab kasutatava paki mahtu. | Nõrgima elemendi mõju Pärast tasakaalustamist määratakse kasutatav maht keskmise rakusisalduse järgi. |
| 314 Ah rakk · 0,5% erinevus Ligikaudu 7,85 tundi 200 mA juures; piiratud tööaeg teeb tegeliku aegumise pikemaks. | 314 Ah rakk · 0,5% erinevus Ligikaudu 47 minutit 2 A juures; tasakaalustamine toimib nii laadimise kui ka lahti laadimise ajal. |
Kohad, kus majanduslik olukord muutub
Kolm stsenaariumi, kus 2 A aktiivne tasakaalustamine tõepoolest tasub end ära
Aktiivne tasakaalustamine ei ole igas rakenduses investeeringu väärt. Järgmistes kolmes stsenaariumis saab 2 A aktiivse tasakaalustamisega tagatud mahutagasihoidu ja pikendatud kasutusiga kvantifitseerida otseselt rahaliste tagasitulude kujul.
Suurte mahutavustega elemendid olulise esialgse hajuvusega
Raskused: Kui ostetakse 280 Ah–314 Ah suurte mahutavustega elemente, võivad isegi samast partiiest pärit elementidel esineda esialgsed erinevused 1–3% ulatuses nii mahutavuses kui ka sisemises takistuses. 16S ahelas määrab nõrgem element terve pakendi kasutatava mahutavuse ja erinevused võivad aktsüklitega kuhjuda.
2 A aktiivse tasakaalustamise väärtus: See võib kiiresti kõrvaldada algse hajuvuse seadistamise ajal, vältides nõrgima elemendi kitsendusprobleemist tingitud mahtude kaotust. 2-protsendilise algse hajuvuse korral võib passiivne tasakaalustamine esimese tasakaalustuse lõpetamiseks kulutada nädalaid, samas kui 2 A aktiivne tasakaalustamine saab selle tunniga tehtud.
Kvantifitseeritud tagasitulu: 64 kWh süsteemis tähendab 2-protsendilise algse mahtude kaotuse kõrvaldamine lisaks saadaolevaks 1,28 kWh mahtu. Ühe tsükliga päevas 10-aastase kasutusiga puhul tähendab see umbes 4672 kWh täiendavat kogumähet läbitud energiat.
Teise elu või ümberkasutatavad akud
Raskused: Erinevatest sõidukitest või partiidest taastatud akud erinevad uute elementidega võrreldes palju rohkem mahtudes, sisulist vastupanu ja iseeraldumise kiiruses. Passiivne tasakaalustamine suudab selliste väga hajutatud pakendite puhul alles just säilitada kooskõla.
2 A aktiivse tasakaalustamise väärtus: Selle suurem tasakaalustusvool võimaldab pidevalt kompenseerida olulisi elemendist elemendini erinevusi, lähendades teise elu aku pakendi kasutatavat mahtu uue aku pakendi omale.
Kvantifitseeritud tagasitulu: Teise elu akud maksavad tavaliselt 40%–60% uute akude kohta ostmiseks. Aktiivse tasakaalustamisega suureneb kasutatav maht 10%–20%, mistõttu paraneb projektiga seotud sisemine tulumäär (IRR) oluliselt.
Akupakkid, kus on tugevad temperatuurigradientide erinevused
Raskused: Riiulites paigaldatud energiakogusüsteemides võivad ülemised ja alumised elemendid erineda 5–10 °C võrra. Temperatuurierinevused põhjustavad erinevaid iseeraldumise kiirusi ning seetõttu ka laengusiooni (SOC) kõikumist. Passiivne tasakaalustamine ei suuda seda temperatuurigradientide tingimustes tõhusalt korrigeerida.
2 A aktiivse tasakaalustamise väärtus: Pidev töö laadimise ja lahti laadimise ajal kompenseerib temperatuuripõhjustatud SOC-kõikumist. BMU-H5-16 on varustatud 8 NTC-temperatuursensoriga, mis võimaldab reaalajas jälgida temperatuuri jaotumist ning käivitada tasakaalustamisstrateegiaid.
Kvantifitseeritud tagasitulu: Uuringud näitavad, et kui elemendi ja elemendi vaheline temperatuurierinevus jääb alla 3 °C siis saab akupaki eluiga pikendada 15%–20%.
Otsuse teine külg
Millal on passiivne tasakaalustamine ikka õige valik
Võrgusse ühendatud kaubanduslike süsteemide puhul, kus kasutatakse hästi sobivaid A-klassi akupanke — mahtuvuse kõrvalekalle alla 0,5% ja sisemise takistuse kõrvalekalle alla 5% — ühtlase paki temperatuurijaotusega vähem kui 2 °C erinevus , on passiivne tasakaalustamine standardlahendus ja piisav rohkem kui 90% juhtudest.
Peamine valikukriteerium ei ole „aktiivse versus passiivse“ absoluutne ülekaal algne rakupankade hajumus, töötemperatuuri gradient ja süsteemi tundlikkus mahtuvuse säilitamise suhtes. Kui kõik kolm muutujat on kontrollitud, muutuvad passiivse tasakaalustamise lihtsus ja madalam hind selgemateks eeliseks.
Strateegia taga olev riistvara
BMU-H5-16: 2 A aktiivse tasakaalustamisega alamüksus (BMU) JKESS kõrgpinge süsteemides
| Parameeter | Väärtus | Märkused |
|---|---|---|
| Tasakaalustamise meetod | Aktiivne tasakaalustamine (induktiivne alalisvoolu-alalisvoolu teisendus) | Energia edastatakse akurakkude vahel, mitte kulutatakse soojusena. |
| Maksimaalne tasakaalustamisvool | 2 A | Iga kanali kohta. |
| Maksimaalne rakku proovitavate rakkude arv | 16 | 16S LiFePO4. |
| Pinge proovitamise vahemik / täpsus | 1–4,5 V / ±0,005 V | 5 mV täpsus. |
| Temperatuuri proovivõttude sisendid | 8 NTC-kanalit | — |
| Temperatuuri proovivõtuvahemik / täpsus | −30 kuni 105 °C / ±2 °C | — |
| Kõrgpotentsiaalsete kanalite arv / pidevkasutusvõime / maksimaalne väljund | 2 / 1 A / 3 A 300 ms jooksul | — |
| Eraldamismeetod | Targalt õhujahutus / reguleeritav ventilaatorijahutus | Integreeritud esipaneeli sisse. |
| Kommunikatsioonilised liidesed | CAN / RS485 / ketis ühendatav | Kõrgpinge peajuhtimiskasti. |
| Selle keemia | LiFePO4 | Toetab 280 Ah–314 Ah prismaatilisi akupanku. |
| Akukasti pinge vahemik | 100 V–800 V alalisvoolus (sõltuvalt jadaühenduste arvust) | Laiendatav mitme kasti jadasisese ühendusega. |
Kuva kõiki tehnilisi andmeid horisontaalselt kerides.
Tehniliste andmete allikas: JKESS HV Slave Battery Box tooteleht ja brošüür.
Tunni piirid
3 levinumat eelarvamus aktiivse tasakaalustamise kohta
„Aktiivne tasakaalustamine suudab parandada kahjustatud akupanku.“
Aktiivne tasakaalustamine võimaldab ainult laengu ülekanne; see ei suuda taastada akupanga keemilist mahtuvust. Kui akupanga mahtuvus on juba tõsiselt langenud, saab aktiivne tasakaalustamine ainult viivitada selle mõju, mitte aga pöörata lagunemist tagasi.
„Kõrgem tasakaalustusvool on alati parem.“
2 A tasakaalustusvool on mõistlik 300 Ah klassi elementide puhul, kuid liialdatult kõrged tasakaalustusvoolud suurendavad ahela keerukust ja maksumust. Valige tasakaalustusvool nii, et see sobiks elemendi mahtuvuse ja süsteemi töötingimustega.
„Aktiivne tasakaalustus tähendab, et elementide sortimine pole vajalik.“
Aktiivne tasakaalustus võib kompenseerida elementide erinevusi, kuid see ei suuda kõrvaldada äärmiselt suuri esialgseid erinevusi. Ostjad peaksid siiski nõudma oma elemenditootjalt partii tasemel andmeid elemendi mahtuvuse ja sisulist takistuse ühtlaskuse kohta.
BMU-st täielikku süsteemi
Kuidas konfigureerida JKESS HV-süsteeme 2 A aktiivse tasakaalustusega
JKESS-i modulaarsed kõrgpinge energiamahtuvussüsteemid kasutavad allkontrolli tuumana BMU-H5-16-d, millele on paigaldatud HV-BC250 (200 A) või HV-BC150-100A (100 A) peakontrollkast. Need toetavad 4–16 alistkastit (HV-B6U või 4U komplektid) , süsteemi mahtudega 64–256 kWh , ja pingeulatusega 80–1000 V.
| Süsteem mahutavus |
Alistkast kastid |
Seeria loendus |
Nimeline pinge |
Pea juhtimis kasti valik |
|---|---|---|---|---|
| 64 kWh | 4 | 64S | ~204,8 V | HV-BC150-100A |
| 96 kWh | 6 | 96S | ~307,2 V | HV-BC150-100A |
| 128 kWh | 8 | 128S | ~409,6 V | HV-BC150-100A |
| 192 kWh | 12 | 192S | ~614,4 V | HV-BC250 |
| 256 kWh | 16 | 256S | ~819,2 V | HV-BC250 |
Liigu horisontaalselt, et vaadata kõiki viit konfiguratsiooniveergu.
Ostja küsimused, vastused
Tavaliselt esinevad küsimused
Kas aktiivne tasakaalustamine on alati parem kui passiivne tasakaalustamine?
Ei. Aktiivne tasakaalustamine on tõhusam LiFePO4 akude ühtlasel pingejoonel ja olukordades, kus rakude vaheline erinevus on suur, kuid passiivne tasakaalustamine jääb siiski standardlahenduseks ja piisab enam kui 90% võrguga ühendatud kaubanduslikest süsteemidest, kus kasutatakse hästi sobitatud A-klassi rakusid ühtlase temperatuuri jaotusega. Õige valik sõltub rakude esialgsest hajuvusest, töötemperatuuri gradientist ja tundlikkusest mahtuvuse säilitamisele.
Miks ei suuda passiivne tasakaalustamine LiFePO4-akusid?
LiFePO4 pinge kõver on väga tasane 20–80% laadimisastme (SOC) vahel — ainult umbes 100 mV muutus (3,20 V kuni 3,30 V). Passiivne tasakaalustamine toetub pingeerinevustele, et tuvastada, milliseid elemente tuleb lahti laadida, kuid selles tasases piirkonnas on pingeerinevused liiga väikesed, et täpselt peegeldada laadimisastme erinevusi. Lisaks toimib passiivne tasakaalustamine ainult laadimise viimasel etapil, mis piirab selle tõhusust veelgi rohkem.
Kui kaua võtab 2 A aktiivne tasakaalustamine rakendatud rakenduste korral rakenduste tasakaalustamiseks?
314 Ah LiFePO4 elemendi puhul 0,5% mahtuvuse erinevuse korral on tasakaalustamiseks vajalik energiakogus umbes 1,57 Ah. 2 A aktiivse tasakaalustusvooluga kestab see umbes 47 minutit. 200 mA passiivse tasakaalustusvooluga võtaks sama energiakoguse ülekanne umbes 7,85 tundi — ja passiivne tasakaalustamine toimib ainult laadimise viimasel etapil, seega on tegelik aeg veel pikem.
Millised on kolm olukorda, kus 2 A aktiivne tasakaalustamine tasub end ära?
Kolm stsenaariumi on: (1) suurmahtulised elemendid olulise esialgse hajuvusega (1–3% mahtu muutumine), (2) teise elu jooksul kasutatavad või ümberkasutatavad akud suure elemendist elemendini erinevusega ja (3) akupakkumid, millel on tugevad temperatuurigradientide (5–10 °C erinevus ülemiste ja alumiste elementide vahel). Nendes stsenaariumides saab 2 A aktiivset tasakaalustamist kasutades taastada 1–2% kasutatavat mahtu ja pikendada paku eluiga 15–20% võrra.
Kas JKESS BMU-H5-16 toetab aktiivset tasakaalustamist?
Jah. BMU-H5-16 on JKESS-i aktiivset tasakaalustamist toetav alluv BMU, mis tagab kuni 2 A tasakaalustusvoolu kanali kohta induktiivse DC-DC teisenduse abil. See toetab 16S LiFePO4-elemente ±0,005 V täpsusega elementide pinge mõõtmiseks ja kaheksat NTC temperatuuriandurit. See on eelinstallitud kõigisse JKESS-i HV alluvate akukarpide komplektidesse.
Kas saan olemasolevasse passiivsesse tasakaalustamissüsteemi pärast tegema aktiivse tasakaalustamise?
Pärastinstallimine on tehniliselt võimalik, kuid sageli ebapraktiline, sest aktiivne tasakaalustamine nõuab erinevat juhtmetäitust, erinevat BMS-seadmevarustust ja erinevaid suhtlusprotokolle. Kuluefektiivsem lähenemisviis on valida süsteem, mis sisaldab aktiivset tasakaalustamist juba algusest peale – eriti siis, kui teie rakendus kuulub ühte kolmest kõrgema muutlikkusega stsenaariumist.
Kuidas mõjutab aktiivne tasakaalustamine akupaki garantii?
Aktiivne tasakaalustamine aitab säilitada raku ühtlust, mis kaitseb otseselt mahtude säilimist. Kui garantii tagab miinimummahtude säilimise (nt 70 % 10 aasta pärast), suurendab aktiivne tasakaalustamine tõenäosust, et pakk täidab seda tingimust, vähendades tasakaalustamatusest tingitud degradatsiooni kiirust.
Mis on tüüpiline hind erinevus passiivse ja aktiivse tasakaalustamisega BMS-i vahel?
Aktiivse tasakaalustamisega BMS-i riistvara hind on tavaliselt 20–40% kõrgem kui passiivse tasakaalustamisega vastavate komponentide puhul. Siiski võib kolmes kõrgelt muutuvas stsenaariumis täiendav kasutatav maht ja pikendatud pakendi eluiga tagada selle lisatasu tagasitulu juba 2–3 aasta jooksul.
Kas aktiivne tasakaalustamine toimib nii laadimise kui ka lahti laadimise ajal?
Jah. Erinevalt passiivsest tasakaalustamisest, mis toimib ainult viimases laadimisetasandil (kõrge SOC), toimib aktiivne tasakaalustamine pidevalt nii laadimise kui ka lahti laadimise ajal kogu SOC-vahemikus. See on eriti oluline LiFePO4-puhul, kuna selle tasane pinge-kõvera tõttu on passiivsel tasakaalustamisel väga piiratud efektiivsuse aknad.
Kuidas toetab JKESS B2B-kliendeid, kes hindavad aktiivset tasakaalustamist?
JKESS pakub modulaarseid kõrgpinge akusüsteemide (HV BESS) riistvaralahendusi, sealhulgas BMU-H5-16 aktiivse tasakaalustamisega allüksust (BMU), kõrgpinge peajuhtimiskastisid HV-BC250 (200 A) ja HV-BC150-100A (100 A) ning kõrgpinge allakastisid HV-B6U / 4U. Süsteem toetab 4–16 allakasti (64–256 kWh) ning kasutab suhtluseks CAN/RS485/ketisühendust. JKESS ei müü akurakke; ostjad ostavad LiFePO4-rakud eraldi, mis võimaldab süsteemi projekteerida konkreetsete rakuspetsifikatsioonide põhjal.
Kas te pole kindel, kas aktiivne tasakaalustamine sobib teie projektile?
Jagage oma rakuspetsifikatsioone ja töötingimusi meie inseneriteamaga. Me aitame teil kindlaks teha, kas 2 A aktiivne tasakaalustamine annab teie konkreetsele rakendusele mõõdetava tagasitulu.
Taotlege kohandatud pakkumist →