Körüljáró áram párhuzamos akkumulátor-sorokban: Miért keletkezik, és hogyan akadályozza meg a BMS-architektúra | JKESS

A rosszul lezajló bővítési forgatókönyv

Vegyünk egy példaként szolgáló kereskedelmi és ipari (C&I) bővítést: egy gyár 2024-ben telepít egy 128 kWh-os akkumulátorrendszert, és 2026-ra, a terhelés növekedésével, 256 kWh-ra van szüksége. A beszerzési osztály javasolja egy azonos rendszer újabb beszerzését és párhuzamos kapcsolását. Három hónap múlva az üzemeltetési csapat állandó áram-egyenlőtlenséget észlel, és az egyik sorban gyorsabb jelentett SOC-csökkenést tapasztal. A típusszámok megegyeznek, de az akkumulátorok működési története már nem azonos.

A keringő áram egy lehetséges magyarázat erre, mellyel együtt járhat a terhelés egyenlőtlen eloszlása, hőmérsékletkülönbségek, csatlakozási ellenállás, érzékelőhiba vagy cellahibák. Az új és az öregedett sorok különböző kapacitással és belső ellenállással rendelkezhetnek, ezért működés közben belső feszültségük és SOC-görbéjük eltér egymástól, még akkor is, ha kezdeti SOC-értékeik megegyeznek. Egy magasabb forrásfeszültség ekkor áramot juttathat a másik sorba. A hiba okának diagnosztizálása előtt ellenőrizze az előjeles ágáramokat és a cellaadatokat.

Az irányítatlan belső áramátvitel ellenállási veszteségeket és extra akkumulátor-terhelést eredményez. Növelheti a hőmérsékleti és ciklusos igénybevételt, elérheti az elemfeszültség-határokat, és kiválthatja a BMS védelmi funkcióját; elegendően magas áramok esetlegesen kioldanak egy biztosítékot vagy megszakítót. Egyes problémák a kapcsolás pillanatában jelentkeznek, míg mások heteknyi üzemelési adat alapján válnak egyre nyilvánvalóbbá. Ez az útmutató ismerteti a fizikai hátteret, három mérnöki ellenszert és a JKESS fő- és segédhardver szerepét egy tervezett párhuzamos-karakterláncos megoldásban.

A fizika: Miért keletkezik köráram

A köráram önmagában nem bizonyítja az alacsony minőségű akkumulátorokat. A köráram a villamos hálózati törvények szerint keletkezik, amikor párhuzamos források különböző belső feszültséggel rendelkeznek. Két karakterláncra nullás külső terhelés mellett hasznos első becslés a következő:

I_circulating = ΔV / R_loop

Miután csatlakoztatták őket, a sorozatok egy közös autóbusz-feszültséget osztanak meg, kivéve az összekötő feszültségeséseket. A hajtó eltérés a megfelelő forrásaik között van, nem két különböző feszültség ugyanazon az ideális autóbusz-csomóponton. Külső terhelés mellett minden ág áramában szerepel a terhelésmegosztás is, valamint a feszültségeltérés hatása. Ez az ellenállási becslés nem modellezi a csatlakozási tranzienseket, az induktivitást vagy az elektrokémiai relaxációt.

2V ÷ 0.05Ω = 40A

P_loss = I² × R_loop       = 40² × 0.05 = 80W

Műszaki referenciák: Weng és társai kutatása a különböző párhuzamosan kapcsolt akkumulátorok áram-egyensúlytalanságáról , amely egy ekvivalens-körmodellt fejleszt ki, és vizsgálja, hogyan befolyásolják az áramot, az állapotot (SOC) és az öregedést a kapacitás- és ellenállás-különbségek. A fenti numerikus példa egy szemléltető kör-számítás, nem termékteszt eredménye.

Védetlen párhuzamos kapcsolás vs. független sorozatvédelem

A független ágvédelem egyszerűbbé teszi a hibák észlelését és elkülönítését. Párosítani kell a sorozatonkénti érzékeléssel és egy koordinált vezérlési válasszal; a védőeszközök önmagukban nem szüntetik meg a keringő áramot.

Ha egy sor lecsatlakozik, a fennmaradó sorok több áramot kaphatnak. Az EMS/PCS-nek csökkentenie vagy szükség esetén leállítania kell a működést, hogy megakadályozza a láncszerű leállást. A független védelem nem jelent engedélyt élő karbantartásra.

A három műszaki ellenintézkedés

1. Minden sor felszerelése független megszakítókkal és biztosítékokkal

   A szakaszvédelem célja a szelektív hibaisoláció. Adjon meg egy egyenáramra méretezett megszakítót és biztosítékot minden sorozatra, valamint egy BMS-vezérelt érintkezőt vagy egy megfelelő automatikus kioldó mechanizmust. Egy mérsékelt keringő áram maradhat az áramtúllépési kioldási küszöb alatt, ezért a biztosíték nem helyettesíti a vezérelt izolációt.

   Kiválasztási prioritások: igazítsa egymáshoz a folyamatos áramerősség-értékelést, az idő-áramerősség-görbéket, az egyenáramú feszültségértékelést, a rendelkezésre álló rövidzárási áramot, a megszakítóképességet, a vezetékvédelmet és a megengedett üzemi csúcsokat. Értékelje minden csatlakoztatott sorozat hibahozzájárulását. A szelektív megszakítás és a folyamatos üzem szintrendszer-szinten történő ellenőrzése szükséges.

   Telepítési hely: a jóváhagyott egyszerűsített kapcsolási rajz és földelési elrendezés alapján határozza meg, mely vezetők védelmére és elszigetelésére van szükség. Nincs univerzális szabály arra vonatkozóan, hogy a megszakítónak a pozitív vezetőn, a biztosítéknak pedig a negatív vezetőn kell lennie. Erősítse meg a szállított berendezés előtöltési és csatlakozási sorrendjét; egy DC-kapcsolati előtöltő áramkör nem feltétlenül alkalmas a kiegyenlítetlen akkumulátor-sorok kiegyenlítésére.

2. Figyelje az egyes sorokat töltés, kisütés és várakozási üzemmód közben

   Helyezzen el egy független, kétirányú áramérzékelő csatornát minden párhuzamos soron, és tartsa meg az előjelét. Egy olyan rendszer, amely csak összes áramot érzékel, nem képes azonosítani a belső átváltást, amelyet az összegzés rejt el. Például kisütés pozitív irányában +40 A egyik sorban és −40 A egy másik sorban kb. 0 A-t eredményez a külső csatlakozáson.

   A naplózás jelenlegi állapota tartalmazza a cellafeszültségeket, a sorozatfeszültséget, a hőmérsékletet, az SOC értéket, a kapcsolóállapotot és az üzemelési módot. Állítsa be a küszöbértékeket és időkésleltetéseket a szenzorok pontossága, az elvárt terheléselosztás, a sorozatok névleges értékei és az engedélyezett vezérlési stratégia alapján. A megfelelő válasz lehet riasztás, csatlakozás tiltása, teljesítménykorlátozás vagy elszigetelés; a külső teljesítmény nullára állítása nem feltétlenül állítja le a belső áramot.

   Két sorozat összehasonlításánál, ha az áramok azonos irányban folynak és meghaladják a mérési alsó határt, egy leíró egyensúlytalansági mutató a következő:

   Current imbalance (%) =100 × |I1 − I2| / max(|I1|, |I2|)

   A készenléti üzemmódhoz közeli állapotban használjon előjeles amper-értékeket és abszolút küszöbértékeket. A százalékos értékek nullához közel instabilakká válnak. Ellentétes áramirányok esetén külön értékelés szükséges, és különböző kapacitású sorozatok ténylegesen eltérő áramokat is szállíthatnak; minden ágat össze kell hasonlítani a várható terheléselosztásával és korlátaival.

3. Használja a főszintű felügyeletet az SOC és a feszültségkülönbség korlátozására

   Az SOC-eltérés egyik oka a keringő áramnak, de a feszültségválasz függ a ellenállástól, a hőmérséklettől, a cellák állapotától és a legutóbbi működéstől is. A sorvezérlők és a rendszerfelügyeleti egység érvényesített méréseket és határértékeket kell hogy cseréljenek az elfogadott CAN/RS485 protokollon keresztül, majd a feszültség- és az SOC-egyeztetési feltételeket érvényesítsék egy ág csatlakoztatása előtt.

   A működés közben a felügyeleti vezérlés ellenőrizheti az eltéréseket, csökkentheti a rendszer teljesítményét, megakadályozhatja az újra csatlakoztatást, vagy elszigetelhet egy alkalmatlan ágat. Az SOC-eltérés 5 százalékpontos értéke csak példaként szolgálhat ellenőrzési indítóként, ha a projekt számára elfogadott; nem univerzális csatlakozási küszöb. Egy közvetlenül párhuzamosított DC-sín esetén a BMS szoftver nem tudja függetlenül beállítani minden sor folyamatos áramát megfelelő teljesítményelektronikai hardver nélkül, például soronkénti DC/DC fokozattal.

   A JKESS leírja a 4–16 szekunder doboz fővezérlőhöz való láncszerű csatlakoztatásának kezelését. Kombinálja a megfelelő modulkezelő hardvert egy meghatározott védő- és érzékelőcsatornával minden párhuzamos sorhoz, és erősítse meg a kiválasztott firmware és rendterv szerinti keresztsoros felügyeleti funkciókat. A cellaszintű aktív kiegyenlítés támogatja a modulokon belüli konzisztenciát; nem helyettesíti a sorközött áramvezérlést.

Architektúra-referencia: Párhuzamos sorok alkalmazási megjegyzése: védő- és topológiai szempontok (PDF) ez a külső mérnöki referenciadokumentum független sorfelügyeletet, automatikus elszigetelést és topológiai kompromisszumokat tárgyal; nem szolgál bizonyítékként egy JKESS-termék funkciójáról vagy kompatibilitási igényről.

Hogyan kezeli a JKESS HV BESS architektúrája a párhuzamos sorokat

Egy fő doboz, alárendelt BMU-k és egy rendszerszintű vezérlő különböző szerepeket töltenek be. A JKESS fő–alárendelt platform modulméréseket, kommunikációt és védelmi építőelemeket biztosít. Egy párhuzamos soros projektnek továbbá meg kell határoznia az egyes teljes sorok érzékelését, elválasztását és felügyeleti vezérlését.

A konfiguráció fontos. A fő terméklap két sorozatcella-tartományt tüntet fel, ezért ebben az útmutatóban nem kezeljük őket egymással felcserélhetőként. Az energiatartalom a kiválasztott celláktól és az elektromos konfigurációtól függ, nem csupán a dobozok számától. Igazítsa a megrendelési specifikációt a pontos hardverhez, firmware-hez és jóváhagyott rendszerábrahoz.

Bővítés előtti ellenőrzőlista: 8 tétel új sorozat párhuzamos kapcsolása előtt

1. Ellenőrizze az elektromos illeszkedést. Erősítse meg az azonos, jóváhagyott kémiai összetételt és sorozatcellák számát, a kompatibilis feszültségablakokat, valamint a helyes polaritást. Mérje meg a pihentetett sorozatok nyugalmi üresjárási feszültségét (OCV), és használja a gyártó által jóváhagyott csatlakozási korlátot; ≤2 V nem feltétlenül biztonságos minden esetben alacsony ellenállású hurokban.
2. Elemezze a cellákat és állapotukat. Hasonlítsa össze a modellt, a tételnyilvántartást, a kapacitást, a belső ellenállást, az életkort, az egészségi állapotot (SOH) és a cellafeszültség-szóródást. Egy azonos termékcímke vagy kezdeti SOC-érték nem garantálja a kompatibilitást.
3. Erősítse meg a független ágvédelmet. Ellenőrizze minden sorozat megszakítóját, biztosítékát, vezérelt elválasztási útvonalát, hibára jellemző áramkoordinációját, valamint a jóváhagyott előtöltési/csatlakozási elrendezést.
4. Ellenőrizze a áramérzékelést. Erősítse meg minden sorozat független, kétirányú áramérzékelését, beleértve az érzékelő polaritását, a nullponteltolódást, a pontosságot, az adatrögzítést és a várakozási üzemmódban is működő mérési képességet.
5. Ellenőrizze a felügyeleti stratégiát. Erősítse meg az SOC és feszültség elfogadási határokat, a csatlakozás engedélyezését, az áramkorlátokat, a kommunikáció elvesztése esetén alkalmazandó válaszokat, valamint az egyes sorok leválasztása utáni teljesítménycsökkenést.
6. Ellenőrizze a hőmérsékleti körülményeket. Hasonlítsa össze az elemek és a környezeti hőmérsékletet, és vizsgálja meg a levegőáramlás vagy folyadékhűtés teljesítményét. A legfeljebb 3 °C-os hőmérsékletkülönbség projekt-specifikus cél lehet, nem pedig univerzális elfogadási/elutasítási küszöbérték; használja a jóváhagyott hőmérsékleti kritériumokat.
7. Végezze el a megadott szigetelésellenőrzéseket. Megfelelő képzettségű személyzetnek a berendezéshez jóváhagyott szigetelési eljárást, tesztfeszültséget és elfogadási ellenállást kell alkalmaznia. Egy olyan kritérium, mint például a ≥1 MΩ érték 1000 VDC-nél, csak akkor érvényes, ha kifejezetten előírják; ne végezzen magasfeszültségű szigetelési vizsgálatot a csatlakoztatott elektronikai egységeken, kivéve, ha az eljárás ezt kifejezetten megengedi.
8. Tervezze meg a üzembe helyezést és a követő ellenőrzést. Állítsa be az ébresztőket a csatlakoztatás előtt, ellenőrizze a jóváhagyott feszültségre állítási sorrendet, és rögzítse az ág áramát, az SOC-t, a cellafeszültségeket és a hőmérsékleteket egy kezdeti 72 órás megfigyelési időszak alatt. Ezután folytassa a tendenciák figyelését.

5 gyakori hiba akkumulátor-sorok párhuzamos kapcsolásakor

1. 1. Különböző SOC-értékekkel rendelkező sorok közvetlen párhuzamos kapcsolása

   Egy teljesen új sor és egy meglévő sor, amely 80%-os SOC-nál van, jelentős áramot cserélhetnek a csatlakoztatáskor. Igazítsa a feszültséget és az SOC-t a jóváhagyott eljárás szerint, és ellenőrizze a cellahatárokat is, valamint a csomagfeszültséget. Ne használja a fő érintkezőt egy nem jóváhagyott eltérés kiegyenlítésére.

2. 2. Az egész csoport védelme csak egy megszakítóval

   Egy közös megszakító nem biztosít szelektív leválasztást minden ágra. Adja meg a soronként koordinált megszakítókat és biztosítékokat, valamint egy szabályozott leválasztási mechanizmust. A mérsékelt belső áramok soha nem érhetik el egy biztosíték működési küszöbét.

3. 3. Csak a teljes akkumulátoráram figyelése

   A teljes rendszer normálisnak tűnhet, miközben egy sorozat másikba tölt le. Biztosítson kétirányú, sorozatonkénti mérést, és elemezze az áram irányát, abszolút nagyságát és a várható terheléselosztást minden üzemmódban.

4. 4. A hőmérsékletkülönbségek figyelmen kívül hagyása

   A nem egyenletes hűtés megváltoztatja az ellenállást, a rendelkezésre álló kapacitást és az SOC-viselkedést. Ellenőrizze a mért cellahőmérsékleteket és a hőmérsékleti tendenciákat, ne csak a szobahőmérsékletet. Tartsa a telepítést a jóváhagyott hőmérséklet-egyenletességi határokon belül; a 3 °C nem univerzális elfogadási szabály.

5. 5. Az első 72 órás tendenciafelülvizsgálat kihagyása

   Egy rövid indítási teszt elmulaszthatja azt a viselkedést, amely más SOC-értéknél, terhelésnél vagy hőmérsékletnél jelenik meg. Elemezze az aláírt ágáramokat és a hozzájuk kapcsolódó riasztásokat az első 72 órás megfigyelési időszakban, majd folytassa a hosszú távú monitorozást. Sem az első csatlakozás, sem a 72 óra riasztásmentes működés nem bizonyítja az élettartamra vonatkozó kompatibilitást.

Gyakran Ismételt Kérdések