EN
JKESS Engineering · BMS vadovas
Gauti pasiūlymą →Aktyvusis prieš pasyvųjį balansavimą: kada 2 A aktyvusis balansavimas iš tikrųjų atsiperka?
Pasyvusis balansavimas nėra „prastas“ – jis tiesiog neveiksmingas LiFePO4 plokščioje įtampų kreivėje. Štai trys konkrečios situacijos, kai 2 A aktyvusis balansavimas keičia jūsų akumuliatorių baterijos ekonomiką.
Pagrindiniai dalykai
- Pasyvusis balansavimas nėra prastesnis sprendimas. Jis dešimtmečius tarnavo švino-rūgštinėms ir ankstesnėms litio akumuliatorių chemijoms, tačiau jo veiksmingumas staigiai mažėja LiFePO4 plokščioje įtampų kreivėje.
- Tarp 20 % ir 80 % SOC , LiFePO4 įtampa keičiasi tik nuo 3,20 V iki 3,30 V (Δ = 100 mV) . Šioje srityje pasyvusis balansavimas vos gali nustatyti arba ištaisyti elementų tarpusavio skirtumus.
- Aktyvus balansavimas ne visada vertas investicijų. Šaltiniuose, kurie sukonstruoti iš gerai parinktų A klasės elementų ir veikia vienodose temperatūrose, pasyvus balansavimas yra standartinis sprendimas daugiau kaip 90 % komercinių tinklo prijungtų sistemų.
- 2 A aktyvus balansavimas atsipildo trijuose scenarijuose: didelės talpos elementuose su reikšminga pradine išsisklaidymo verte, antrinėse baterijose ir šaltiniuose su stipriomis temperatūros gradientais.
- The JKESS BMU-H5-16 pateikia kiekybiškai įvertinamą techninį sprendimą šiems scenarijams su 2 A aktyviu balansavimu, ±0,005 V imties tikslumu ir 8 NTC temperatūros jutikliais.
Pradinis taškas
Kodėl aktyvaus ir pasyvaus balansavimo diskusija yra neteisingai suprantama
Energijos kaupimo pramonėje „aktyvus balansavimas yra geresnis už pasyvų balansavimą“ beveik tapo devizas, kuriam paaiškinimų nereikia. Tačiau šis išvados dėl svarbios sąlygos nepaisoma: balansavimo strategijos efektyvumas priklauso nuo elementų chemijos ir eksploatavimo sąlygų. Aktyvus balansavimas automatiškai ne visada yra geresnė investicija.
Švino-rūgštinėse ir ankstesnėse ternariųjų litio baterijose įtampos kreivė turi stačiau nuolydį. Aktyvioji balansavimo sistema išsklaido perteklinę įkrovą iš aukštesnės įtampos elementų kaip šilumą per rezistorius 50–200 mA srovės intensyvumu artėjant prie įkrovimo pabaigos, kas pakanka elementų būsenos vientisumui palaikyti. Tačiau LiFePO4 įtampos kreivė yra nepaprastai plokščia tarp 20 % ir 80 % SOC – tik 100 mV skirtumas tarp 3,20 V ir 3,30 V. Šiame diapazone aktyvioji balansavimo sistema vos gali nustatyti SOC skirtumus tarp elementų, o dar mažiau – juos veiksmingai ištaisyti.
Todėl tikroji klausimo forma nėra „Ar aktyvusis balansavimas geriau?“, o tokia: Ar aktyvusis balansavimas pakankamas jūsų konkrečiai programai? Jei ne, ar 2 A aktyvusis balansavimas duos matomą naudą?
Inžinerinis palyginimas
Kaip jie iš tikrųjų veikia: techninis palyginimas
| Aktyvusis balansavimas | Aktyvus balansavimas |
|---|---|
| Veikimo principas Išsklaido perteklinę įkrovą iš aukštesnės įtampos elementų kaip šilumą per rezistorius. | Veikimo principas Perduoda krūvį tarp elementų naudodamas indukcinę nuolatinės srovės–nuolatinės srovės konversiją. |
| Kur dingsta energija Sunaikinama kaip šiluma; energijos naudingumo koeficientas: 0 %. | Kur dingsta energija Perduodama į žemesnio įtampų lygio elementus; energijos naudingumo koeficientas: 80–95 %. |
| Tipiškas balansavimo srovės dydis 50–200 mA. | Tipiškas balansavimo srovės dydis 1–5 A; JKESS BMU-H5-16 išduoda 2 A. |
| Veikimo intervalas Tik galutinėje įkrovimo stadijoje, aukšto krūvio būsenos (SOC) srityje. | Veikimo intervalas Viso įkrovimo ir iškrovimo proceso metu, visame krūvio būsenos (SOC) diapazone. |
| Veiksmingumas naudojant LiFePO4 elementus Beveik neveiksminga plokščioje 20–80 % SOC srityje. | Veiksmingumas naudojant LiFePO4 elementus Veiksminga visoje SOC srityje. |
| Šilumos gamyba Vietinis šilumos susidarymas balansavimo rezistoriuose. | Šilumos gamyba Labai žemas. |
| Grandinės sudėtingumas Žemas: rezistoriai ir perjungikliai. | Grandinės sudėtingumas Aukštas: induktoriai, kondensatoriai, MOSFET tranzistoriai ir valdymo IC mikroschemos. |
| Kaina Žemas. | Kaina Aukštesnis, nors kainų skirtumas siaurėja. |
| Silpniausios elementų įtaka Silpniausias elementas nustato naudojamą baterijų paketo talpą. | Silpniausios elementų įtaka Po subalansavimo naudojama talpa nustatoma pagal vidutinį elemento lygį. |
| 314 Ah elemento · 0,5 % skirtumas Apie 7,85 valandos esant 200 mA; ribotas veikimo langas padaro faktinį laiką ilgesnį. | 314 Ah elemento · 0,5 % skirtumas Apie 47 minutes esant 2 A; subalansavimas gali vykti visą laiką įkraunant ir iškraunant. |
Ten, kur keičiasi ekonomika
Trys scenarijai, kai 2 A aktyvusis balansavimas iš tikrųjų apsimoka
Aktyvusis balansavimas ne visose aplikacijose apsimoka investuoti. Šiuose trijuose scenarijuose 2 A aktyvaus balansavimo užtikrinamas talpos išlaikymas ir pratęstas tarnavimo laikas gali būti kiekybiškai įvertinti kaip tiesioginiai finansiniai grąžinimai.
Didelės talpos elementai su reikšminga pradine išsisklaidymo verte
Iššūkis: Pirkant 280 Ah–314 Ah didelės talpos elementus, net toje pačioje partijoje gali būti 1 %–3 % skirtumų talpoje ir vidinėje varžoje. 16S grandinėje silpniausias elementas riboja naudojamą baterijos paketo talpą, o skirtumai gali kauptis cikluojant.
2 A aktyvaus balansavimo vertė: Jis gali greitai pašalinti pradinį išsisklaidymą paleidimo metu, išvengiant talpos nuostolių, kuriuos sukelia silpniausios elementų „bottleneck“ problema. Esant 2 % pradiniui išsisklaidymui, pasyvus balansavimas gali reikšti savaitėmis trunkančio laiko pirmajam balansavimui baigti, o 2 A aktyvus balansavimas tai padaro per valandas.
Kiekybinis grąžinimas: 64 kWh sistemoje pašalinus 2 % pradinius talpos nuostolius, papildomai tampa prieinama 1.28KWH tuo atveju, jei kasdien vyksta vienas ciklas ir sistema tarnauja 10 metų, tai sudaro apytiksliai 4 672 kWh papildomos bendros perduotos energijos.
Antrinės panaudojimo arba pernaudojamos baterijos
Iššūkis: Iš įvairių transporto priemonių ar partijų atgautos baterijos turi daug didesnį talpos, vidinės varžos ir savivartos rodiklių skirtumą nei nauji elementai. Pasyvus balansavimas tokioms stipriai išsisklaidžiusioms baterijų sistemoms beveik negali užtikrinti nuoseklumo.
2 A aktyvaus balansavimo vertė: Dėl didesnio balansavimo srovės jis nuolat kompensuoja reikšmingus elementų tarpusavio skirtumus, todėl antrinės panaudojimo baterijų sistemos naudinga talpa artėja prie naujos sistemos naudingos talpos.
Kiekybinis grąžinimas: Antrasis naudojimo ciklo akumuliatorių kaina paprastai sudaro 40–60 % naujų akumuliatorių kainos pirkti. Aktyvus balansavimas padidina naudingą talpą 10%–20%, todėl projekto vidinė grąžos norma (IRR) žymiai pagerėja.
Akumuliatorių blokai su stipriais temperatūros gradientais
Iššūkis: Stovinčiose energijos kaupimo sistemose viršutinių ir apatinės eilės elementai gali skirtis 5–10 °C. Temperatūros skirtumai lemia skirtingus savaiminio išsikrovimo rodiklius ir, atitinkamai, SOC nukrypimus. Pasyvus balansavimas šiomis temperatūros gradiento sąlygomis negali veiksmingai ištaisyti šių nukrypimų.
2 A aktyvaus balansavimo vertė: Tolydus veikimas visą laiką – tiek įkraunant, tiek iškraunant – kompensuoja temperatūros sąlygotus SOC nukrypimus. Turėdamas 8 NTC temperatūros jutiklius, BMU-H5-16 gali realiuoju laiku stebėti temperatūros pasiskirstymą ir aktyvuoti balansavimo strategijas.
Kiekybinis grąžinimas: Tyrimai rodo, kad palaikant elementų tarpusavio temperatūros skirtumą mažesnį nei 3 °C akumuliatorių bloko tarnavimo trukmė gali būti padidinta 15%–20%.
Sprendimo kita pusė
Kai pasyvus balansavimas vis dar yra tinkamas pasirinkimas
Tinklui prijungtoms komercinėms sistemoms, naudojant gerai suderintas „Grade A“ elementų grupes – talpos svyravimai mažiau nei 0,5 % ir vidinės varžos svyravimai mažiau nei 5 % – su vienodu akumuliatorių baterijos temperatūros pasiskirstymu, kai temperatūrų skirtumas mažesnis nei 2 °C , pasyvus balansavimas yra standartinis ir pakankamas sprendimas daugiau kaip 90 % atvejų.
Pagrindinis atrinkimo kriterijus nėra absoliuti „aktyvaus prieš pasyvų“ pranašumo viršenybė. Tai kombinacija pradinių elementų išsisklaidymo, veikimo temperatūros gradiento ir sistemos jautrumo talpos išlaikymui. Kai visi trys kintamieji kontroliuojami, pasyvaus balansavimo paprastumas ir žemesnė kaina tampa stipresniais privalumais.
Strategijos techninė įranga
BMU-H5-16: 2 A aktyvaus balansavimo pakabinamasis BMU JKESS HV sistemose
| Parametras | Vertė | Pastabos |
|---|---|---|
| Balansavimo metodas | Aktyvus balansavimas (indukcinis nuolatinės srovės–nuolatinės srovės keitimas) | Energija perduodama tarp elementų, o ne išsklaidoma kaip šiluma. |
| Didžiausia balansavimo srovė | 2 A | Kiekvienai kanalui. |
| Didžiausias elementų matavimų skaičius | 16 | 16S LiFePO4. |
| Įtampos imties diapazonas / tikslumas | 1–4,5 V / ±0,005 V | 5 mV tikslumas. |
| Temperatūros imties įėjimai | 8 NTC kanalai | — |
| Temperatūros imties diapazonas / tikslumas | −30–105 °C / ±2 °C | — |
| Aukštosios pusės kanalai / nuolatinis pajėgumas / maksimalus išėjimas | 2 / 1 A / 3 A per 300 ms | — |
| Aušinimo būdas | Intelektualus oro aušinimas / reguliuojamas ventiliatoriaus aušinimas | Integruota į priekinę plokštumą. |
| Komunikacijos sąsajos | CAN / RS485 / grandininis prijungimas | Į aukštos įtampos pagrindinį valdymo bloką. |
| Dėlą chemija | LiFePO4 | Palaiko 280 Ah–314 Ah prizminius elementus. |
| Akumuliatorių dėžutės įtampa | 100 V–800 V nuolatinės srovės (priklausomai nuosekliųjų jungčių skaičiaus) | Išplėsta naudojant kelias dėžutes, sujungtas nuosekliai. |
Slinkite horizontaliai, kad peržiūrėtumėte visus techninių charakteristikų stulpelius.
Techninių charakteristikų šaltinis: JKESS aukštos įtampos pakabinamosios akumuliatorių dėžutės produktų puslapis ir brošiūra.
Žinokite ribas
3 dažniausiai pasitaikančios klaidingos nuomonės apie aktyvųjį balansavimą
„Aktyvusis balansavimas gali pašalinti pažeisto elemento defektą.“
Aktyvus balansavimas gali tik perduoti krūvį; jis negali atkurti elemento chemines talpos. Jei elemento talpa jau smarkiai susilpnėjo, aktyvus balansavimas gali tik uždelsti jos poveikį, bet negali atšaukti susilpnėjimo.
„Kuo didesnė balansavimo srovė, tuo geriau.“
2 A balansavimo srovė yra pagrįsta elementams, kurių talpa yra apie 300 Ah, tačiau pernelyg didelė balansavimo srovė padidina grandinės sudėtingumą ir sąnaudas. Balansavimo srovė turi būti parinkta taip, kad atitiktų elemento talpą ir sistemos veikimo sąlygas.
„Aktyvus balansavimas reiškia, kad elementų atranka nėra būtina.“
Aktyvus balansavimas gali kompensuoti elementų skirtumus, tačiau negali pašalinti kraštutinės pradinės netolygumo. Pirkėjai vis tiek turėtų reikalauti iš elementų tiekėjo partijos lygio talpos ir vidinės varžos vientisumo duomenų.
Nuo BMU iki pilnos sistemos
Kaip konfigūruoti JKESS aukšto įtampos sistemas su 2 A aktyviuoju balansavimu
JKESS modulinės aukšto įtampos energijos kaupimo sistemos naudoja BMU-H5-16 kaip pakabinamąjį valdymo branduolį, kuris derinamas su HV-BC250 (200 A) ar HV-BC150-100A (100 A) pagrindinė valdymo dėžutė. Jos palaiko 4–16 pakabinamųjų dėžučių (HV-B6U arba 4U rinkinių) , sistemos talpos nuo 64 iki 256 kWh , bei įtampų diapazoną nuo 80 iki 1000 V.
| Sistema talpa |
Papildomas dėžės |
Serija skaičiuoti |
Vardinis įtampa |
Pagrindinė valda dėžutės parinktis |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Slinkėkite horizontaliai, kad peržiūrėtumėte visus penkis konfigūracijų stulpelius.
Pirkėjų klausimai ir atsakymai
Dažniausiai užduodami klausimai
Ar aktyvus balansavimas visada geriau nei pasyvus balansavimas?
Ne. Aktyvus balansavimas yra veiksmingesnis LiFePO4 elementų plokščioje įtampų kreivėje ir situacijose, kai yra didelė elementų tarpusavio įtampų skirtumų įvairovė, tačiau pasyvus balansavimas išlieka standartinis ir pakankamas sprendimas daugiau kaip 90 % komercinių tinklo prijungtų sistemų, kuriose naudojami gerai parinkti A klasės elementai ir vienodai paskirstyta temperatūra. Teisingas pasirinkimas priklauso nuo pradinių elementų parametrų skirtumų, veikimo temperatūros gradiento ir jautrumo talpos išlaikymui.
Kodėl neveikia pasyvioji balansavimo sistema LiFePO4 baterijoms?
LiFePO4 turi itin plokščią įtampų kreivę nuo 20 % iki 80 % SOC — tik apie 100 mV skirtumas (nuo 3,20 V iki 3,30 V). Pasyvioji balansavimo sistema remiasi įtampų skirtumais, kad nustatytų, kurias elementas reikia iškrauti, tačiau šioje plokščioje srityje įtampų skirtumai per maži, kad tiksliai atspindėtų SOC skirtumus. Be to, pasyvioji balansavimo sistema veikia tik galutinėje įkrovimo stadijoje, todėl jos veiksmingumas dar labiau sumažėja.
Kiek laiko trunka 2 A aktyviojo balansavimo procesas, kad būtų pašalintas elementų nesuderintumas?
314 Ah LiFePO4 elemento su 0,5 % talpos pokyčiu subalansuoti reikia apytiksliai 1,57 Ah energijos. Naudojant 2 A aktyvųjį balansavimą, tai trunka apie 47 minutes. Naudojant 200 mA pasyvųjį balansavimą, tokia pati energijos perdavimo apimtis užtruktų apytiksliai 7,85 valandos — be to, pasyvusis balansavimas veikia tik galutinėje įkrovimo stadijoje, todėl faktinis laikas yra dar ilgesnis.
Kurios trys situacijos leidžia pasinaudoti 2 A aktyviuoju balansavimu?
Trys scenarijai yra: (1) didelės talpos elementai su reikšminga pradine išsisklaidymo įtaka (1–3 % talpos svyravimai), (2) antrinio naudojimo arba pernaudojami akumuliatoriai su dideliu elementų tarpusavio skirtumu ir (3) akumuliatorių rinkiniai su stipriomis temperatūros gradientais (5–10 °C skirtumas tarp viršutinių ir apatinių elementų). Šiuose scenarijuose 2 A aktyvus balansavimas gali atkurti 1–2 % naudingos talpos ir padidinti rinkinio tarnavimo laiką 15–20 %.
Ar JKESS BMU-H5-16 palaiko aktyvų balansavimą?
Taip. BMU-H5-16 yra JKESS aktyvaus balansavimo pakabinamasis BMU, kuris kiekvienoje kanale gali tiekti iki 2 A balansavimo srovės, naudodamas indukcinį nuolatinės srovės–nuolatinės srovės keitiklį. Jis palaiko 16S LiFePO4 elementus su ±0,005 V tikslumu matuojant elementų įtampą ir 8 NTC temperatūros jutiklius. Jis yra iš anksto įdiegtas visuose JKESS HV pakabinamuosiuose akumuliatorių dėžutės rinkiniuose.
Ar galima įdiegti aktyvų balansavimą į esamą pasyvų balansavimo sistemą?
Techniškai įrengti aktyviąją balansavimo sistemą į jau esamą baterijų paketą įmanoma, tačiau dažnai tai netikslinga, nes aktyvusis balansavimas reikalauja kitokio laidyno, kitos BMS įrangos ir kitų ryšio protokolų. Veiksmingesnis sprendimas – nuo pat pradžių pasirinkti sistemą, kuri jau įtraukia aktyvųjį balansavimą, ypač jei jūsų taikymo sritis patenka į vieną iš trijų aukštos variacijos scenarijų.
Kaip aktyvusis balansavimas veikia baterijų paketo garantiją?
Aktyvusis balansavimas padeda palaikyti elementų vientisumą, todėl tiesiogiai saugo talpos išlaikymą. Jei garantija užtikrina minimalų talpos išlaikymą (pvz., 70 % po 10 metų), aktyvusis balansavimas padidina tikimybę, kad paketas atitiks šį reikalavimą, sumažindamas netolygumo sąlygotą senėjimą.
Koks yra tipiškas kainų skirtumas tarp pasyvaus ir aktyvaus balansavimo BMS?
Aktyvaus balansavimo BMS įranga paprastai kainuoja 20–40 % brangiau nei pasyvaus balansavimo atitikmenys komponentų lygiu. Tačiau trijuose didelės kintamumo scenarijuose papildomas naudingas talpos kiekis ir pratęstas akumuliatorių baterijos tarnavimo laikas gali padėti grąžinti šį brangesnį variantą per 2–3 eksploatacijos metus.
Ar aktyvus balansavimas veikia tiek įkraunant, tiek iškraunant?
Taip. Skirtingai nuo pasyvaus balansavimo, kuris veikia tik paskutinėje įkrovimo stadijoje (aukšto SOC lygio metu), aktyvus balansavimas veikia nuolat tiek įkraunant, tiek iškraunant visame SOC diapazone. Tai ypač svarbu LiFePO4 elementams, nes jų plokščia įtampa leidžia pasyviam balansavimui veikti labai ribotais laiko intervalais.
Kaip JKESS palaiko B2B klientus, vertinančius aktyvų balansavimą?
JKESS teikia modulinę aukštosios įtampos (HV) baterijų energijos kaupimo sistemą (BESS), kurioje naudojami aktyvaus balansavimo priedai – BMU-H5-16 valdymo blokai (BMU), pagrindiniai valdymo blokai HV-BC250 (200 A) ir HV-BC150-100A (100 A), taip pat papildomi baterijų blokų rinkiniai HV-B6U / 4U. Ši sistema palaiko nuo 4 iki 16 papildomų baterijų blokų (64–256 kWh) ir naudoja CAN / RS485 / grandininę ryšio schemą. JKESS neparduoda baterijų elementų; klientai juos įsigyja atskirai – tai leidžia optimizuoti sistemos projektavimą konkrečių baterijų elementų parametrams.
Nežinote, ar aktyvus balansavimas tinka jūsų projektui?
Pateikite mūsų inžinerijos komandai savo baterijų elementų technines charakteristikas ir eksploatacijos sąlygas. Mes padėsime nustatyti, ar 2 A aktyvaus balansavimo galia duos matomą naudą jūsų konkrečiai aplikacijai.
Paprašyti individualios kainos pasiūlymo →