När energilagringssystem behöver aktiv balansering (och när passiv balansering är tillräckligt)

Problemet med den dagliga cyklingen Passiv balansering var inte utformad för

Ett elcykelpaket för konsumenter cyklar kanske en gång om dagen, ofta mer sällan. Ett elverktyg används i korta perioder. De flesta allmänna litiumapplikationer ger paketet gott om tid att vila, och eventuella små obalanser mellan cellerna korrigeras långsamt i bakgrunden. Passiv balansering – vanligtvis runt 100 mA shunerat över den högsta cellen under laddningstoppen – fungerar perfekt för den driftsprofilen.

Energilagring är annorlunda. Ett solkopplat hembatteri cyklar djupt varje dag, år efter år. Ett kommersiellt lagringssystem kan cykla flera gånger om dagen. Under tusentals cykler ackumuleras även små skillnader mellan celler – tillverkningstolerans, små åldersskillnader, temperaturgradienter över ett 16S-paket – till mätbar spänningsdrift. Paketet slutar vara en enhetlig sträng och börjar bete sig som sin svagaste cell. Hela paketets kapacitet minskar, obalansen ökar och så småningom måste BMS:en kopplas bort tidigt för att skydda den svagaste cellen – vilket lämnar användbar kapacitet strandsatt.

Det är detta felläge som lockar köpare av energilagring till aktiv balansering. Frågan är inte om aktiv är bättre generellt – det är om projektets arbetscykel är tillräckligt krävande för att passiv balansering inte ska kunna hålla jämna steg.

Vad 100mA passiv balansering faktiskt gör (och var den inte når upp till ESS)

Passiv balansering fungerar genom att bränna bort överskottsenergi från celler som först når full laddning, som små mängder värme över ett shuntmotstånd. En typisk passiv balanseringsström på 100 mA är tillräcklig för att hantera den drift som ackumuleras i lättare applikationer – men den har två strukturella begränsningar som är viktiga för lagring:

• Den verkar bara vid toppen av laddningen.Ett passivt system behöver celler som når balanseringsgränsen (vanligtvis hög SOC) innan det kan utjämna dem. Vid partiell lagringscykel som sällan ser full laddning får passiv balansering mindre möjlighet att fungera.
• Dess hastighet är liten i förhållande till den drift som kan ackumuleras dagligen.I vissa ESS-arbetscykler kan obalans ackumuleras snabbare än vad ett passivt balanseringssystem på 100 mA – som endast tillämpas i ett begränsat fönster vid toppen av laddningen – kan korrigera, så gapet kan vidgas över månader snarare än att stängas.

För tillämpningar med låg belastningscykel anpassar passiv balansering arbetscykeln väl och ger minsta möjliga kostnad. Problemet för ESS specifikt är obalansen mellan drifthastighet och korrigeringshastighet när arbetscykeln är hög.

Vad aktiv balansering tillför (och var det verkliga värdet ligger)

Aktiv balansering fungerar genom att överföra energi från celler med högre spänning till celler med lägre spänning – vanligtvis genom en induktiv eller kapacitiv överföringskrets – snarare än att bränna bort den som värme. Två praktiska konsekvenser följer:

• Högre balanseringsström.Där passiv ström är runt 100 mA, ligger dedikerad aktiv balansering i lagrings-BMS vanligtvis i 1A-intervallet – en storleksordning snabbare korrigering.
• Den kan fungera över större delen av SOC-området,inte bara vid laddningens topp. Detta är viktigt vid lagring där paketet sällan har 100 % laddningsgrad.

Nettoresultatet för ett ESS-projekt är att cellspänningsdrift kan korrigeras med en hastighet som bättre matchar den hastighet den ackumulerar. Aktiv balansering kan hjälpa paketet att hålla sig närmare en enhetlig sträng under sin livslängd, vilket minskar sannolikheten för att användbar kapacitet strandas av den svagaste cellen. Kvalificeraren är värd att komma ihåg: balanseringsprestanda under drift beror på resten av systemet - paket-cell-matchning i början, termisk spridning över strängen och var i SOC-fönstret balanseringen tillåts fungera. Specifika balanseringsdata för en given paketkonfiguration är något att bekräfta med ingenjörsteamet snarare än att anta enbart från databladet.

När passiv balansering är tillräckligt (överspecifiera inte)

Aktiv balansering är inte en standarduppgradering. För en mängd olika tillämpningar är passiv balansering verkligen rätt lösning:

• Lätta reservsystem som cyklar sällan
• Telekom-UPS-paket som huvudsakligen fungerar som standby och sällan djupcyklar
• Liten konsumentlagring där projektets ekonomi inte motiverar den extra BMS-kostnaden
• Välmatchade celler med snäv initial tolerans, där drift ackumuleras långsamt

Att specificera aktiv balansering för dessa applikationer ökar kostnaden utan proportionell fördel. En bra leverantör kommer att tala om för dig när passiv balansering är rätt lösning för ditt projekt – och en varningssignal värd att notera är en leverantör som rekommenderar aktiv balansering för varje projekt utan en tydlig teknisk motivering kopplad till din arbetscykel.

När aktiv balansering är värd att specificera för ditt lagringsprojekt

De arbetscykelvillkor som gör att balansen tippar mot aktiv för energilagring är relativt specifika. Om ditt projekt uppfyller flera av dessa är aktiv balansering värd att specificera:

• Daglig djupcykling.Solkopplad lagring som urladdas avsevärt varje dag, år efter år, ackumulerar drift snabbare än vad periodisk toppladdningsbalansering kan korrigera.
• Förväntad livslängd på flera år.Ju längre systemet förväntas köras, desto mer kumulativ drift hjälper aktiv balansering dig att skydda mot.
• Större paketkonfigurationer.En 16S-sträng har fler platser för drift att utvecklas än en 8S-sträng, eftersom ett större antal celler i serie ökar sannolikheten för variation mellan celler över strängen. Lagringspaket vid 48V (15-16S) och högre gynnas mer av snabbare korrigering.
• Parallell paketarkitektur.Aktiv balansering fungerar på cell-till-cell-nivå inuti varje paket – det utjämnar inte mellan parallella paket, men det hjälper varje enskilt paket att upprätthålla intern konsistens, vilket stöder mer förutsägbart beteende när flera paket fungerar tillsammans i en bank.
• Delcykeldrift.Om din lagringsprofil sällan laddar batteriet fullt (peak-rakning, optimering av egenförbrukning) blir passiv balansering beroende av fönstret för högsta laddning en verklig begränsning.

Snabbvalsreferens

Sammanfattningsvis kan man se hur aktiv kontra passiv balansering vanligtvis matchas i vanliga tillämpningar. Betrakta detta som en utgångspunkt för din offertförfrågan, inte som en ersättning för matchning mot din specifika arbetscykel:

Tabellen är en utgångspunkt; specificera mot din faktiska arbetscykelprofil snarare än enbart applikationsetiketten.

DALY Aktiv balansering för lagringsapplikationer

För projekt där aktiv balansering är rätt specifikation har DALYs fjärde generationens energilagrings-BMS-serie den inbyggd. LK-varianten ger 1A aktiv balansering för vanliga hemmalagringskonfigurationer; LM-B-varianten ger 2A aktiv balansering för system med högre strömstyrka och större kapacitet. Båda stöder 8-16S LFP och den parallella paketarkitekturen som är vanlig i hemma- och småföretagslagring, och kan skalas upp till 16 paket parallellt (cirka 160 kWh per nätverk) för projekt som växer över tid.

Två kriterier som är värda att notera i alla samtal före en offertförfrågan: att balansera prestandan vid driftsättning beror på resten av systemet som diskuterats ovan, och specifika konfigurationsdata – inklusive balansering av triggerlogik, SOC-fönster och vägledning för matchning mellan paket och celler – är något som ingenjörsteamet kommer att arbeta igenom med dig på projektbasis snarare än något att anta från ett datablad.

Vanliga frågor

Q1Är 1A aktiv balansering alltid bättre än 100mA passiv?

Inte alltid – vad som räknas som bättre beror på vad din arbetscykel gör med paketet. För applikationer där driften ackumuleras långsamt (lätt backup, ytlig cykling) matchar 100 mA passiv korrigering problemet och lägger till minst kostnad. För applikationer där driften ackumuleras snabbare än 100 mA kan korrigera (daglig djupcykling i lagring) matchar 1 A aktiv korrigering problemet bättre. Matcha balanseringsmetoden med din arbetscykel, inte tvärtom.

Q2Förlänger aktiv balansering cykelns livslängd?

Livslängden är en egenskap hos cellerna själva, inte något som balansering skapar. Det aktiv balansering gör är att hjälpa paketet att nå cellernas nominella livslängd genom att minska risken för obalans som tvingar enskilda celler ut ur deras säkra driftsfönster. Cellerna bestämmer maxgränsen; balansering hjälper dig att faktiskt närma dig den maxgränsen snarare än att begränsas av den svagaste cellen. Specifik livslängdsdata för din konfiguration är en diskussion på projektnivå med teknikteamet.

Q3Om jag är osäker på om mitt projekt behöver aktiv eller passiv? Vad ska jag göra?

Ange din arbetscykelprofil till leverantören – dagligt cykeldjup, förväntade cykler per år, mållivslängd, paketstorlek och om systemet regelbundet kommer att nå full laddning. En leverantör som specificerar baserat på den informationen snarare än att välja det dyrare alternativet är den man bör ta på allvar. Om du inte kan få en specifikationsgrund som är kopplad till din arbetscykel, är det den information du behöver innan offerten skickas ut.

Om DALY

DALY designar och tillverkar litiumbatterihanteringssystem för OEM-tillverkare, pakettillverkare och integratörer, med produkter som används i fler än 130 länder. DALY grundades 2015 och arbetar enligt ISO 9001/ISO 14001-system med CE- och RoHS-överensstämmelse. Energilagringslinjen har UL Recognized Component-status (inte fullständig UL-systemcertifiering – denna utmärkelse är viktig för nordamerikanska projekt), med dokumentation som stödjer systemnivåcertifiering på paket- eller systemnivå.

Specificerar du aktiv balansering för ditt lagringsprojekt?

Om du planerar ett sollagringsprojekt, ett hembatteriprojekt eller ett litet kommersiellt ESS-projekt och vill specificera balanseringen korrekt, kan DALYs ingenjörsteam granska din arbetscykel och hjälpa dig att matcha BMS-metoden till den.

• Dela din arbetscykel: dagligt cykeldjup, förväntad livslängd, paketstorlek, parallellkonfiguration
• Begär dokumentation för 4:e generationens LK/LM-B-specifikation
• E-post:dalybms@dalyelec.com

Produktsida för aktiv balansering:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/