EN
JKESS Engineering · BMS-opas
Hanki tarjous →Aktiivinen vs passiivinen tasapainotus BMS:ssä: Milloin 2 A:n aktiivinen tasapainotus todella kannattaa?
Passiivinen tasapainotus ei ole "huono" – se on vain tehoton LiFePO4-akkujen tasaisella jännitekäyrällä. Tässä kolme tiettyä tilannetta, joissa 2 A:n aktiivinen tasapainotus muuttaa akkupakettisi taloudellisia näkökohtia.
Tärkeimmät opit
- Passiivinen tasapainotus ei ole ala-arvoinen ratkaisu. Se on toiminut lyijy-happo- ja aiempien litiumakkujen kemiallisille koostumuksille vuosikymmeniä, mutta sen tehokkuus laskee voimakkaasti LiFePO4-akkujen tasaisella jännitekäyrällä.
- Välillä 20 % ja 80 % SOC , LiFePO4-jännite muuttuu vain 3,20 V:stä 3,30 V:iin (Δ = 100 mV) . Tässä alueessa passiivinen tasapainotus tuskin pystyy tunnistamaan tai korjaamaan solujen välisiä eroja.
- Aktiivinen tasapainotus ei aina ole sijoituksen arvoinen. Akkukennoista, jotka ovat luokkaa A ja joita on hyvin sovitettu toisiinsa sekä joiden lämpötilat ovat yhtenäisiä, koostuvissa akkupakoissa passiivinen tasapainotus on yli 90 %:ssa verkkoliitetyissä kaupallisissa järjestelmissä standardiratkaisu.
- 2 A:n aktiivinen tasapainotus kannattaa kolmessa tilanteessa: suurikapasiteettisissa kennoissa, joissa on merkittävää alustavaa hajontaa, toisen elämän akkuissa ja pakkoissa, joissa on voimakkaita lämpötilagradientteja.
- Markkina JKESS BMU-H5-16 tarjoaa näihin tilanteisiin mitattavan teknisen ratkaisun, jossa on 2 A:n aktiivinen tasapainotus, ±0,005 V:n näytteenottotarkkuus ja 8 NTC-lämpötilantunnistinta.
Lähtökohta
Miksi aktiivisen ja passiivisen tasapainotuksen välinen keskustelu on väärin ymmärretty
Energianvarastointialalla lause "aktiivinen tasapainotus on parempaa kuin passiivinen tasapainotus" on melkein tullut selitystä vaativaan sloganiin. Tämä johtopäätös kuitenkin jättää huomiotta kriittisen ehdon: tasapainotusstrategian tehokkuus riippuu kennojen kemiallisesta koostumuksesta ja käyttöolosuhteista. Aktiivinen tasapainotus ei automaattisesti ole parempi sijoitus.
Lyijy-happo- ja aiemmissa kolmiarvoisissa litiumakussa jännitekäyrä on jyrkempi. Passiivinen tasapainotus hajottaa ylimääräisen varauksen korkeajännitteisistä soluista lämmöksi vastuksien kautta 50–200 mA:n virralla latauksen lopussa, mikä riittää solujen yhtenäisyyden ylläpitämiseen. LiFePO4:n jännitekäyrä on kuitenkin erinomaisen tasainen 20–80 %:n varaustason (SOC) välillä – vain 100 mV eroaa 3,20 V:n ja 3,30 V:n välillä. Tällä alueella passiivinen tasapainotus tuskin edes havaitsee varaustason eroja solujen välillä, puhumattakaan siitä, että se korjaisi niitä tehokkaasti.
Todellinen kysymys ei siis ole ”Onko aktiivinen tasapainotus parempi?”, vaan: Riittääkö passiivinen tasapainotus tiettyyn sovellukseesi? Ja jos ei, tuottaaako 2 A:n aktiivinen tasapainotus mitattavan hyödyn?
Tekninen vertailu
Kuinka ne toimivat käytännössä: tekninen vertailu
| Passiivinen tasapainotus | Aktiivinen tasapainotus |
|---|---|
| Toimintaperiaate Hajottaa ylimääräisen varauksen korkeajännitteisistä soluista lämmöksi vastuksien kautta. | Toimintaperiaate Siirtää varauksen solujen välillä induktiivisen DC-DC-muuntimen avulla. |
| Mihin energia kuluu Hukataan lämpönä; energiatehokkuus: 0 %. | Mihin energia kuluu Siirretään alhaisemman jännitteen soluihin; energiatehokkuus: 80–95 %. |
| Tyypillinen tasapainotusvirta 50–200 mA. | Tyypillinen tasapainotusvirta 1–5 A; JKESS BMU-H5-16 tuottaa 2 A. |
| Toimintaväli Vain lopputahdissa, korkean SOC-alueella. | Toimintaväli Koko lataus- ja purkuprosessin ajan koko SOC-alueella. |
| Tehokkuus LiFePO4-akussa Melkein tehoton litteällä 20–80 %:n SOC-alueella. | Tehokkuus LiFePO4-akussa Voimassa koko SOC-alueella. |
| Lämpötilan tuotto Paikallinen lämpö tasapainotusvastuksissa. | Lämpötilan tuotto Erittäin alhainen. |
| Piirikompleksisuus Alhainen: vastukset ja kytkimet. | Piirikompleksisuus Korkea: käämit, kondensaattorit, MOSFET-transistorit ja ohjauspiirit. |
| Kustannus Matala. | Kustannus Korkeampi, vaikka kustannusero on kaventunut. |
| Heikoimman kenon vaikutus Heikoin kenno määrittää käytettävän paketin kapasiteetin. | Heikoimman kenon vaikutus Tasapainotuksen jälkeen käytettävä kapasiteetti määritellään keskimääräisellä kenotasolla. |
| 314 Ah -keno · 0,5 %:n ero Noin 7,85 tuntia 200 mA:n virralla; rajoitettu käyttöikkuna tekee todellisesta ajasta pidemmän. | 314 Ah -keno · 0,5 %:n ero Noin 47 minuuttia 2 A:n virralla; tasapainotus voi toimia koko lataus- ja purkuprosessin ajan. |
Siellä, missä taloudelliset tekijät muuttuvat
Kolme skenaariota, joissa 2 A:n aktiivinen tasapainotus todella kannattaa
Aktiivinen tasapainotus ei ole kaikissa sovelluksissa kannattava investointi. Seuraavissa kolmessa skenaariossa 2 A:n aktiivisen tasapainotuksen tarjoama kapasiteetin säilyminen ja pidennetty käyttöikä voidaan mitata suorina taloudellisina tuottoina.
Suurikapasiteettiset kennot merkittävällä alustavalla hajonnalla
Haaste: Kun ostetaan 280 Ah–314 Ah:n suurikapasiteettisia kennoja, alustavia eroja 1–3 prosenttia kapasiteetissa ja sisäisessä resistanssissa voi esiintyä jopa saman erän sisällä. 16S-sarjassa heikoimman kennon kapasiteetti rajoittaa käytettävissä olevaa pakin kapasiteettia, ja erot voivat kasvaa käytön aikana.
2 A:n aktiivisen tasapainotuksen arvo: Se pystyy poistamaan alustavan hajonnan nopeasti käyttöönoton yhteydessä ja näin välttämään heikoimman kennon aiheuttaman kapasiteettitappion. Kun alustava hajonta on 2 prosenttia, passiivinen tasapainotus saattaa vaatia viikkoja ensimmäisen tasapainotuksen valmiiksi saattamiseen, kun taas 2 A:n aktiivinen tasapainotus saa sen tehtyä tunneissa.
Mitatut tuotot: 64 kWh:n järjestelmässä 2 %:n alussa tapahtuvan kapasiteetinhäviön poistaminen tuottaa lisää 1,28 kWh käytettävissä olevaa energiaa. Yhdellä kierroksella päivässä 10 vuoden käyttöiän aikana tämä vastaa noin 4 672 kWh:n lisäkertymäistä energiankulutusta.
Toisen elämän tai uudelleenkäytettyjä akkuja
Haaste: Erilaisista ajoneuvoista tai eri eristä peräisin olevat akut eroavat toisistaan huomattavasti kapasiteetin, sisäisen resistanssin ja itsepurkautumisnopeuden suhteen verrattuna uusiin soluihin. Passiivinen tasapainotus ei juurikaan pysty ylläpitämään yhtenäisyyttä näin voimakkaasti hajautetuissa akkupakoissa.
2 A:n aktiivisen tasapainotuksen arvo: Sen korkeampi tasapainotusvirta voi jatkuvasti kompensoida merkittäviä solu-solu-eroja, mikä nostaa toisen elämän akkupakin käytettävissä olevan kapasiteetin lähes uuden akkupakin tasolle.
Mitatut tuotot: Toisen elämän akut maksavat yleensä 40–60 % uusien akkujen hinnasta ostettaessa. Aktiivisen tasapainotuksen lisätessä käytettävissä olevaa kapasiteettia 10%–20%, projektin sisäinen tuottoprosentti (IRR) paranee merkittävästi.
Akkukenkäpaketit, joissa on merkittäviä lämpötilaeroja
Haaste: Rakossa asennettuissa energiavarastojärjestelmissä ylä- ja alaosien solujen lämpötilat voivat vaihdella 5–10 °C:n välillä. Lämpötilaerot johtavat erilaisiin itsepurkautumisnopeuksiin ja siten myös sähkövarauksen (SOC) poikkeamiin. Passiivinen tasapainotus ei kykene korjaamaan tätä tehokkaasti lämpötilaeron vaikutuksesta.
2 A:n aktiivisen tasapainotuksen arvo: Jatkuvatoiminen toiminta latauksen ja purkauksen aikana kompensoi lämpötilasta johtuvia SOC-poikkeamia. BMU-H5-16 -laitteessa on 8 NTC-lämpötilantunnistinta, joiden avulla voidaan seurata lämpötilajakaumaa reaaliajassa ja käynnistää tasapainotusstrategioita.
Mitatut tuotot: Tutkimusten mukaan solujen välisen lämpötilaeron pitäminen alle 3°C voi pidentää akkupakettien elinikää 15%–20%.
Päätöksen toinen puoli
Milloin passiivinen tasapainotus on edelleen oikea valinta
Verkkoon kytketyissä kaupallisissa järjestelmissä, joissa käytetään hyvin sovitetuja Grade A -soluja — kapasiteettiero alle 0,5 % ja sisäinen resistanssiero alle 5 % — yhtenäisen paketin lämpötilajakauman ollessa alle 2 °C:n ero , passiivinen tasapainotus on standardiratkaisu ja riittävä yli 90 %:ssa tapauksista.
Tärkein valintakriteeri ei ole "aktiivisen vastaan passiivisen" absoluuttinen ylivoima. Se on yhdistelmä alkuperäisestä solujen hajonnasta, käyttölämpötilan gradientista ja järjestelmän herkkyydestä kapasiteetin säilymiseen. Kun kaikki kolme muuttujaa on hallittu, passiivisen tasapainotuksen yksinkertaisuus ja alhaisemmat kustannukset muodostavat vahvemmat edut.
Strategian taustalla oleva laitteisto
BMU-H5-16: 2 A:n aktiivisen tasapainotuksen slavelaitteisto JKESS HV -järjestelmissä
| Parametri | Arvo | Huomautukset |
|---|---|---|
| Tasapainotusmenetelmä | Aktiivinen tasapainotus (induktiivinen DC-DC-muunnos) | Energia siirtyy solujen välillä eikä hukku lämpönä. |
| Suurin tasausvirta | 2 A | Kanavaa kohden. |
| Suurin solujen näytteenottomäärä | 16 | 16S LiFePO4. |
| Jännitenäytteenottoväli / tarkkuus | 1–4,5 V / ±0,005 V | 5 mV:n tarkkuus. |
| Lämpötilanäytteenottosyötteet | 8 NTC-kanavaa | — |
| Lämpötilanäytteenottoväli / tarkkuus | −30–105 °C / ±2 °C | — |
| Korkean puolen kanavat / jatkuvatoimintakyky / suurin lähtöteho | 2 / 1 A / 3 A 300 ms:n ajan | — |
| Jäähdytysmenetelmä | Älykäs ilmajäähdytys / säädettävä tuuletinjäähdytys | Integroitu etupaneeliin. |
| Viestintäliittymät | CAN / RS485 / ketjutusyhteys | Korkeajännitepääohjauslaatikkoon. |
| Solukemia | LiFePO4 | Tuettuja 280 Ah–314 Ah liitospakkosoluja. |
| Akkuasian jännitealue | 100–800 V DC (sarjayhteyden määrän mukaan) | Laajennettavissa useilla sarjaan kytketyillä laatikoilla. |
Selaa vaakasuunnassa nähdäksesi kaikki tekniset tiedot.
Teknisten tietojen lähde: JKESS HV Slave Battery Box -tuotteen verkkosivu ja esite.
Tunne rajoitukset
3 yleistä väärinkäsitystä aktiivisesta tasapainotuksesta
”Aktiivinen tasapainotus voi korjata vaurioituneen kennojen.”
Aktiivinen tasapainotus voi vain siirtää varauksia; se ei voi palauttaa kennojen kemiallista kapasiteettia. Jos kennojen kapasiteetti on jo vakavasti heikentynyt, aktiivinen tasapainotus voi vain viivästyttää sen vaikutusta, mutta ei kumota heikentymistä.
”Suurempi tasapainotusvirta on aina parempi.”
2 A:n tasapainotusvirta on kohtalainen 300 Ah -luokan kennoille, mutta liian suuri tasapainotusvirta lisää piirin monimutkaisuutta ja kustannuksia. Valitse tasapainotusvirta sovittamalla se kennojen kapasiteettiin ja järjestelmän käyttöolosuhteisiin.
”Aktiivinen tasapainotus tarkoittaa, että kennojen testaus ei ole tarpeellista.”
Aktiivinen tasapainotus voi kompensoida solujen eroja, mutta se ei voi poistaa äärimmäistä alussa olevaa epäyhtenäisyyttä. Ostajien tulee edelleen pyytää solutoimittajaltaan eräkohtaista kapasiteetti- ja sisäisen vastuksen yhtenäisyystietoja.
BMU:sta valmiiseen järjestelmään
Kuinka määrittää JKESS:n korkeajännitteiset järjestelmät 2A:n aktiivisella tasapainotuksella
JKESS:n modulaariset korkeajännitteiset energiavarastojärjestelmät käyttävät ohjausyksikkönä slave-yksikköä BMU-H5-16, joka on paritettu HV-BC250 (200 A) tai HV-BC150-100A (100 A) pääohjauslaatikon kanssa. Ne tukevat 4–16 slave-laatikkoa (HV-B6U tai 4U-kokoonpanot) , järjestelmän kapasiteetteja 64–256 kWh , ja jännitealue 80–1000 V.
| Järjestelmä kapasiteetti |
Orjuus laukut |
Sarja määrä |
Nimellinen jännite |
Pääohjaus laatikkovalinta |
|---|---|---|---|---|
| 64 kWh | 4 | 64S | noin 204,8 V | HV-BC150-100A |
| 96 kWh | 6 | 96S | noin 307,2 V | HV-BC150-100A |
| 128 kWh | 8 | 128S | noin 409,6 V | HV-BC150-100A |
| 192 kWh | 12 | 192S | noin 614,4 V | HV-BC250 |
| 256 kWh | 16 | 256S | noin 819,2 V | HV-BC250 |
Vieritä vaakasuunnassa nähdäksesi kaikki viisi konfiguraatiopalkkia.
Ostajan kysymykset, vastaukset
Usein kysytyt kysymykset
Onko aktiivinen tasapainotus aina parempi kuin passiivinen tasapainotus?
Ei. Aktiivinen tasapainotus on tehokkaampi LiFePO4-solujen tasaisella jännitekäyrällä ja tilanteissa, joissa solujen välillä on suurta vaihtelua, mutta passiivinen tasapainotus säilyy standardiratkaisuna ja riittävänä ratkaisuna yli 90 %:lle verkkoon kytketyistä kaupallisista järjestelmistä, jotka käyttävät hyvin sovitetun luokan A -soluja ja tasaisen lämpötilajakauman varmistamia olosuhteita. Oikea valinta riippuu solujen alustavasta hajonnasta, käyttölämpötilagradientista ja kapasiteetin säilymisen herkkyydestä.
Miksi passiivinen tasapainotus epäonnistuu LiFePO4-soluilla?
LiFePO4-akun jännitekäyrä on erinomaisen tasainen 20–80 %:n lataustason välillä – vaihtelu on vain noin 100 mV (3,20 V–3,30 V). Passiivinen tasapainotus perustuu jänniteeroihin sen määrittämiseen, mitkä solut vaativat purkamista, mutta tässä tasaisella alueella jänniteerot ovat liian pieniä osoittaakseen tarkasti lataustason eroja. Passiivinen tasapainotus toimii myös ainoastaan latauksen viimeisessä vaiheessa, mikä rajoittaa sen tehokkuutta entisestään.
Kuinka kauan 2 A:n aktiivinen tasapainotus kestää solujen epätasapainon korjaamiseen?
314 Ah:n LiFePO4-solussa, jossa kapasiteetin vaihtelu on 0,5 %, tasapainotettava energia on noin 1,57 Ah. 2 A:n aktiivisella tasapainotusvirralla tämä kestää noin 47 minuuttia. 200 mA:n passiivisella tasapainotuksella sama energiansiirto kestäisi noin 7,85 tuntia – ja koska passiivinen tasapainotus toimii ainoastaan latauksen viimeisessä vaiheessa, todellinen aika on vielä pidempi.
Missä kolmessa tilanteessa 2 A:n aktiivinen tasapainotus tuottaa hyötyä?
Kolme skenaariota ovat: (1) suurikapasiteettiset kennot, joissa on merkittävää alustavaa hajontaa (1–3 %:n kapasiteettiero), (2) toisen käytön tai uudelleenkäytettyjä akkuja, joissa on suurta kenno-kennoon vaihtelua ja (3) akkupaketit, joissa on voimakkaita lämpötilagradientteja (5–10 °C:n ero ylä- ja alakennojen välillä). Näissä skenaarioissa 2 A:n aktiivinen tasapainotus voi palauttaa 1–2 %:n käytettävissä olevasta kapasiteetista ja pidentää paketin elinikää 15–20 %:lla.
Tukeeko JKESS BMU-H5-16 aktiivista tasapainotusta?
Kyllä. BMU-H5-16 on JKESS:n aktiivisen tasapainotuksen alayksikkö-BMU, joka tuottaa jopa 2 A:n tasapainotusvirran kanavaa kohden induktiivisen DC-DC-muuntimen avulla. Se tukee 16S LiFePO4-kennoja ±0,005 V:n solujännitteen mittauksen tarkkuudella ja 8 NTC-lämpötilantunnistinta. Se on asennettu valmiiksi kaikkiin JKESS HV-alayksikköakkukenkäpakkauksiin.
Voinko päivittää olemassa olevan passiivisen tasapainotusjärjestelmän aktiiviseksi tasapainotukseksi?
Jälkiasennus on teknisesti mahdollista, mutta usein epäkäytännöllistä, koska aktiivinen tasapainotus vaatii erilaisia kytkentöjä, erilaista BMS-laitteistoa ja erilaisia viestintäprotokollia. Kustannustehokkaampi ratkaisu on valita järjestelmä, joka sisältää aktiivisen tasapainotuksen alusta lähtien – erityisesti jos sovelluksesi kuuluu yhteen kolmesta korkean vaihtelun skenaariosta.
Miten aktiivinen tasapainotus vaikuttaa akkupakettien takuuhun?
Aktiivinen tasapainotus auttaa säilyttämään solujen yhdenmukaisuuden, mikä suoraan suojelee kapasiteetin säilymistä. Jos takuu takaa vähimmäiskapasiteetin säilymisen (esim. 70 % 10 vuoden kuluttua), aktiivinen tasapainotus parantaa todennäköisyyttä, että paketti täyttää kyseisen kynnystason vähentämällä epätasapainosta johtuvaa rappeutumista.
Mikä on tyypillinen hintaero passiivisen ja aktiivisen tasapainotuksen BMS:n välillä?
Aktiivisen tasapainottamisen BMS-laitteiston hinta on tyypillisesti 20–40 % korkeampi kuin passiivisen tasapainottamisen vastaavan komponentin hinta. Kuitenkin kolmessa suurella vaihtelulla varustetussa skenaariossa lisätty käytettävissä oleva kapasiteetti ja pidennetty akkupakkausikä voivat tuoda tuoton tästä lisähinnasta 2–3 vuoden aikana.
Toimiiko aktiivinen tasapainottaminen sekä latauksen että purkauksen aikana?
Kyllä. Toisin kuin passiivinen tasapainottaminen, joka toimii vain lopputasolla (korkea SOC), aktiivinen tasapainottaminen toimii jatkuvasti sekä latauksen että purkauksen aikana koko SOC-alueella. Tämä on erityisen tärkeää LiFePO4-akkujen kanssa, koska niiden tasainen jännitekäyrä rajoittaa passiivisen tasapainottamisen tehokkuutta hyvin pienelle aikavälille.
Miten JKESS tukee B2B-asiakkaita, jotka arvioivat aktiivista tasapainottamista?
JKESS tarjoaa modulaarisia korkeajännitteisiä akkupakkausjärjestelmiä (HV BESS), joihin kuuluvat BMU-H5-16 -aktiivisen tasapainotuksen alayksikkö (BMU), HV-BC250 (200 A) ja HV-BC150-100A (100 A) -pääohjauslaatikot sekä HV-B6U / 4U -alayksikköakkulaatikkojoukot. Järjestelmä tukee 4–16 alayksikkölaatikkoa (64–256 kWh) ja käyttää CAN-/RS485-/ketjuverkkoyhteyttä. JKESS ei myy akkukennoksia; ostajien tulee hankkia LiFePO4-kennoja erikseen, mikä mahdollistaa järjestelmän suunnittelun optimoinnin tiettyjen kennojen mukaan.
Epäilettekö, sopiiko aktiivinen tasapainotus projektianne tarpeisiin?
Jaa kennojen tekniset tiedot ja käyttöolosuhteet insinöörityömme kanssa. Autamme teitä arvioimaan, tuottaaako 2 A:n aktiivinen tasapainotus mitattavan hyödyn teidän sovellukseenne.
Pyydä räätälöityä tarjousta →