Wanneer energieopslagsystemen actieve balancering nodig hebben (en wanneer passieve balancering volstaat)

Het dagelijkse fietsprobleem: passief balanceren is niet ontworpen voor

Een accu van een elektrische fiets voor consumenten wordt misschien één keer per dag gebruikt, vaak zelfs minder. Elektrisch gereedschap wordt in korte bursts gebruikt. Bij de meeste gangbare lithium-accu's is er voldoende tijd om de accu in rust te laten, waardoor eventuele kleine onevenwichtigheden tussen de cellen langzaam op de achtergrond worden gecorrigeerd. Passieve balancering – meestal een stroom van ongeveer 100 mA die over de cel met de hoogste lading wordt geleid tijdens de piekbelasting – werkt prima voor dit gebruiksprofiel.

Energieopslag werkt anders. Een thuisbatterij die is gekoppeld aan zonnepanelen, wordt elke dag, jaar in jaar uit, diep ontladen. Een commercieel opslagsysteem kan meerdere keren per dag ontladen. Over duizenden cycli accumuleren zelfs kleine verschillen tussen cellen – toleranties in de productie, lichte leeftijdsverschillen, temperatuurgradiënten in een 16S-accupakket – tot meetbare spanningsafwijkingen. Het accupakket is niet langer een uniforme reeks en begint zich te gedragen als de zwakste cel. De totale capaciteit van het pakket daalt, de onbalans neemt toe en uiteindelijk moet het batterijbeheersysteem (BMS) vroegtijdig uitschakelen om de zwakste cel te beschermen – waardoor bruikbare capaciteit verloren gaat.

Dit is de oorzaak van de storingen die kopers van energieopslagsystemen naar actieve balancering drijft. De vraag is niet of actieve balancering in het algemeen beter is, maar of de werkcyclus van uw project zo veeleisend is dat passieve balancering niet kan bijbenen.

Wat 100mA passieve balancering nu eigenlijk doet (en waar het tekortschiet voor ESS)

Passieve balancering werkt door overtollige energie van cellen die als eerste volledig zijn opgeladen af ​​te voeren als kleine hoeveelheden warmte over een shuntweerstand. Een typische passieve balanceringsstroom van 100 mA is voldoende om de drift op te vangen die zich in lichtere toepassingen opbouwt, maar heeft twee structurele beperkingen die van belang zijn voor opslag:

• Het werkt alleen aan de bovenkant van de lading.Een passief systeem heeft cellen nodig die de balanceringsdrempel bereiken (meestal een hoge laadstatus) voordat ze geëgaliseerd kunnen worden. Bij opslag met gedeeltelijke cycli, waarbij zelden een volledige lading wordt bereikt, krijgt passieve balancering minder kans om te werken.
• De snelheid waarmee dit gebeurt is klein in vergelijking met de afwijking die zich dagelijks kan ophopen.Bij sommige ESS-bedrijfscycli kan de onbalans zich sneller ophopen dan een passief balanceringssysteem van 100 mA – dat slechts gedurende een beperkte periode aan het einde van de laadcyclus wordt toegepast – kan corrigeren. Hierdoor kan het verschil in de loop van maanden groter worden in plaats van kleiner.

Voor toepassingen met een korte inschakelduur zorgt passieve balancering voor een goede afstemming op de inschakelduur en brengt de minste extra kosten met zich mee. Het probleem specifiek voor ESS is de mismatch tussen de driftsnelheid en de correctiesnelheid bij een hoge inschakelduur.

Wat Active Balancing toevoegt (en waar de werkelijke waarde ligt)

Actieve balancering werkt door energie over te dragen van cellen met een hogere spanning naar cellen met een lagere spanning – meestal via een inductief of capacitief overdrachtscircuit – in plaats van deze als warmte af te voeren. Dit heeft twee praktische gevolgen:

• Hogere balanceringsstroom.Waar passieve balancering ongeveer 100 mA bedraagt, ligt de actieve balancering in een opslag-BMS doorgaans rond de 1 A — een orde van grootte snellere correctie.
• Het kan met een groter deel van het SOC-assortiment werken.Niet alleen bij een maximale lading. Dit is van belang tijdens opslag, waarbij het accupakket zelden 100% SOC (State of Charge) bereikt.

Het nettoresultaat voor een ESS-project is dat celspanningsdrift kan worden gecorrigeerd met een snelheid die beter aansluit bij de snelheid waarmee deze zich opbouwt. Actieve balancering kan ervoor zorgen dat het accupakket gedurende de levensduur een meer uniforme string behoudt, waardoor de kans kleiner wordt dat bruikbare capaciteit verloren gaat door de zwakste cel. Een belangrijke kanttekening: de balanceringsprestaties tijdens gebruik zijn afhankelijk van de rest van het systeem – de afstemming van de cellen en het accupakket bij aanvang, de thermische spreiding over de string en het moment in het SOC-venster waarop de balancering mag plaatsvinden. Specifieke balanceringsgegevens voor een bepaalde accupakketconfiguratie kunt u het beste met het engineeringteam bespreken in plaats van ze alleen uit het specificatieblad af te leiden.

Wanneer passieve balans voldoende is (niet overdimensioneren)

Actieve load balancing is geen standaard upgrade. Voor een breed scala aan toepassingen is passieve load balancing echt de juiste oplossing:

• Lichte back-upsystemen die slechts zelden in gebruik zijn.
• UPS-pakketten voor telecommunicatie die voornamelijk als standby-pakket functioneren en zelden voor diepe ontlading worden gebruikt.
• Opslag op kleine consumentenschaal waarbij de economische haalbaarheid van het project de extra kosten voor het gebouwbeheersysteem niet rechtvaardigt.
• Goed op elkaar afgestemde cellen met een nauwe initiële tolerantie, waar drift zich langzaam ophoopt.

Het specificeren van actieve balancering voor deze toepassingen brengt extra kosten met zich mee zonder evenredig voordeel. Een goede leverancier zal u vertellen wanneer passieve balancering de juiste oplossing is voor uw project. Een belangrijk waarschuwingssignaal is een leverancier die voor elk project actieve balancering aanbeveelt zonder een duidelijke technische onderbouwing die is gekoppeld aan uw gebruikscyclus.

Wanneer is actieve balancering de moeite waard om te specificeren voor uw opslagproject?

De voorwaarden voor de inschakelduur die de balans doen doorslaan naar actieve energieopslag zijn vrij specifiek. Als uw project aan meerdere van deze voorwaarden voldoet, is het de moeite waard om actieve balancering te specificeren:

• Dagelijks diep fietsen.Bij een op zonne-energie aangesloten opslagsysteem dat dagelijks, jaar na jaar, aanzienlijk ontlaadt, treedt sneller een afwijking op dan periodieke balancering van de bovenlading kan corrigeren.
• Verwachte levensduur van meerdere jaren.Hoe langer het systeem naar verwachting in bedrijf zal zijn, hoe meer cumulatieve drift actief balanceren u helpt te voorkomen.
• Grotere verpakkingsconfiguraties.Een 16S-reeks heeft meer plekken waar drift kan ontstaan ​​dan een 8S-reeks, omdat een groter aantal cellen in serie de kans op variatie tussen de cellen in de reeks vergroot. Opslagpakketten van 48V (15-16S) en hoger profiteren meer van snellere correctie.
• Parallelle pakketarchitectuur.Actieve balancering vindt plaats op celniveau binnen elk pakket — het egaliseert niet tussen parallelle pakketten, maar het helpt elk individueel pakket om interne consistentie te behouden, wat zorgt voor voorspelbaarder gedrag wanneer meerdere pakketten samenwerken in een bank.
• Werking met gedeeltelijke cyclus.Als uw opslagprofiel er zelden voor zorgt dat de accu volledig wordt opgeladen (piekvermindering, optimalisatie van eigen verbruik), wordt de afhankelijkheid van passieve balancering van het maximale laadniveau een echte beperking.

Snelselectiereferentie

Samenvattend ziet u hieronder hoe actieve versus passieve balancering zich doorgaans vertaalt naar gangbare toepassingen. Beschouw dit als een uitgangspunt voor uw offerteaanvraag, en niet als een vervanging voor een afstemming op uw specifieke werkcyclus:

De tabel dient als uitgangspunt; specificeer de gegevens aan de hand van uw daadwerkelijke gebruikscyclusprofiel in plaats van alleen het toepassingslabel.

DALY Active Balancing voor opslagtoepassingen

Voor projecten waar actieve balancering de juiste specificatie is, biedt DALY's 4e generatie energieopslag-BMS-lijn deze functionaliteit standaard. De LK-variant biedt 1A actieve balancering voor standaard thuisopslagconfiguraties; de LM-B-variant biedt 2A actieve balancering voor systemen met een hogere stroomsterkte en grotere capaciteit. Beide varianten ondersteunen 8-16S LFP en de parallelle-pack-architectuur die veel voorkomt in thuis- en kleine commerciële opslagsystemen, met de mogelijkheid om tot 16 packs parallel te schakelen (ongeveer 160 kWh per netwerk) voor projecten die in de loop der tijd groeien.

Twee belangrijke aandachtspunten in elk gesprek voorafgaand aan een offerteaanvraag: het balanceren van de prestaties tijdens de implementatie hangt af van de rest van het systeem, zoals hierboven besproken, en specifieke configuratiegegevens – waaronder logica voor het activeren van balancering, SOC-venster en richtlijnen voor het matchen van pack-cells – zullen door het engineeringteam per project met u worden doorgenomen, in plaats van dat u deze kunt afleiden uit een datasheet.

Veelgestelde vragen

Q1Is actieve balancering met 1A altijd beter dan passieve balancering met 100mA?

Niet altijd — wat beter is, hangt af van de belasting van het accupakket tijdens gebruik. Voor toepassingen waarbij de spanningsafwijking langzaam oploopt (lichte back-up, ondiepe laad- en ontlaadcycli) is een passieve correctie van 100 mA de beste oplossing en brengt deze de minste extra kosten met zich mee. Voor toepassingen waarbij de spanningsafwijking sneller oploopt dan 100 mA kan corrigeren (dagelijkse diepe laad- en ontlaadcycli in opslag) is een actieve correctie van 1 A de beste oplossing. Stem de balanceringsmethode af op uw laad- en ontlaadcyclus, niet andersom.

Q2Verlengt actief balanceren de levensduur van de fiets?

De levensduur van een accu is een eigenschap van de cellen zelf, niet iets wat door balanceren wordt gecreëerd. Actief balanceren helpt het accupakket de nominale levensduur van de cellen te bereiken door het risico te verkleinen dat onbalans individuele cellen buiten hun veilige werkingsbereik duwt. De cellen bepalen de maximale levensduur; balanceren helpt u die maximale levensduur daadwerkelijk te benaderen in plaats van beperkt te worden door de zwakste cel. Specifieke gegevens over de levensduur voor uw configuratie worden op projectniveau besproken met het engineeringteam.

Q3Als ik niet zeker weet of mijn project een actieve of passieve component nodig heeft, wat moet ik dan doen?

Geef uw gebruikscyclusprofiel door aan de leverancier: dagelijkse cyclusdiepte, verwachte cycli per jaar, beoogde levensduur, verpakkingsgrootte en of het systeem regelmatig volledig opgeladen zal worden. Een leverancier die zijn specificaties baseert op deze informatie in plaats van standaard voor de duurdere optie te kiezen, verdient serieuze aandacht. Als u geen specificatie kunt krijgen die aansluit op uw gebruikscyclus, dan zijn dit de gegevens die u nodig hebt voordat de offerteaanvraag wordt verzonden.

Over DALY

DALY ontwerpt en produceert lithiumbatterijbeheersystemen voor OEM's, fabrikanten van accupakketten en systeemintegratoren, met producten die in meer dan 130 landen worden gebruikt. DALY is opgericht in 2015 en werkt volgens ISO 9001/ISO 14001-normen met CE- en RoHS-conformiteit. De energieopslagproducten hebben de status van UL Recognized Component (geen volledige UL-systeemcertificering – dit onderscheid is belangrijk voor projecten in Noord-Amerika), met documentatie ter ondersteuning van systeemcertificering op pakket- of systeemniveau.

Active Balancing specificeren voor uw opslagproject?

Als u een project voor zonne-energieopslag, een thuisbatterij of een energieopslagsysteem voor kleine commerciële toepassingen aan het plannen bent en de juiste balans wilt bepalen, kan het engineeringteam van DALY uw gebruikscyclus analyseren en u helpen de juiste batterijmanagementstrategie daarop af te stemmen.

• Deel uw bedrijfscyclus: dagelijkse cyclusdiepte, verwachte levensduur, pakketgrootte, parallelle configuratie
• Vraag de specificatiedocumentatie van de 4e generatie LK/LM-B aan.
• E-mail:dalybms@dalyelec.com

Productpagina voor Active Balance:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/