Quando i sistemi di accumulo di energia necessitano di bilanciamento attivo (e quando quello passivo è sufficiente)

Il problema quotidiano del ciclismo L'equilibrio passivo non è stato progettato per

Una batteria per e-bike di consumo viene utilizzata forse una volta al giorno, spesso anche meno. Un elettroutensile viene usato per brevi periodi. La maggior parte delle applicazioni generiche con batterie al litio prevede che la batteria rimanga a riposo per un periodo di tempo sufficiente, e qualsiasi piccolo squilibrio tra le celle viene corretto lentamente in background. Il bilanciamento passivo, in genere con una corrente di circa 100 mA deviata sulla cella con il livello di carica più alto durante la fase di massima carica, funziona perfettamente per questo profilo di utilizzo.

L'accumulo di energia è diverso. Una batteria domestica collegata a un impianto solare si carica e scarica completamente ogni giorno, anno dopo anno. Un sistema di accumulo commerciale può caricarsi e scaricarsi più volte al giorno. Nel corso di migliaia di cicli, anche piccole differenze tra le celle – tolleranze di fabbricazione, lievi differenze di età, gradienti di temperatura all'interno di un pacco da 16S – si accumulano in una deriva di tensione misurabile. Il pacco smette di essere una stringa uniforme e inizia a comportarsi come la sua cella più debole. La capacità complessiva del pacco diminuisce, lo squilibrio aumenta e, alla fine, il BMS deve disconnettersi prematuramente per proteggere la cella più debole, lasciando inutilizzata una capacità utilizzabile.

Questa è la modalità di guasto che spinge gli acquirenti di sistemi di accumulo energetico verso il bilanciamento attivo. La questione non è se il bilanciamento attivo sia migliore in generale, ma se il ciclo di lavoro del vostro progetto sia sufficientemente impegnativo da rendere impossibile il bilanciamento passivo.

Cosa fa effettivamente il bilanciamento passivo a 100 mA (e dove presenta delle lacune per i sistemi di accumulo di energia)

Il bilanciamento passivo funziona dissipando l'energia in eccesso dalle celle che raggiungono per prime la carica completa, sotto forma di piccole quantità di calore attraverso una resistenza di shunt. Una tipica corrente di bilanciamento passivo di 100 mA è sufficiente a gestire la deriva che si accumula nelle applicazioni a basso carico, ma presenta due limiti strutturali rilevanti per lo stoccaggio:

• Agisce solo al livello di carica massimo.Un sistema passivo necessita che le celle raggiungano la soglia di bilanciamento (solitamente un elevato stato di carica, SOC) prima di poterle equalizzare. Nelle operazioni di accumulo a ciclo parziale, che raramente prevedono una carica completa, il bilanciamento passivo ha meno opportunità di entrare in funzione.
• La sua velocità è bassa rispetto alla deriva che può accumularsi quotidianamente.In alcuni cicli di lavoro dei sistemi di accumulo di energia (ESS), lo squilibrio può accumularsi più rapidamente di quanto un sistema di bilanciamento passivo da 100 mA, applicato solo in un intervallo limitato al picco di carica, sia in grado di correggerlo, pertanto il divario potrebbe ampliarsi nel corso dei mesi anziché ridursi.

Per le applicazioni a ciclo breve, il bilanciamento passivo si adatta bene al ciclo di lavoro e comporta costi minimi. Il problema, nello specifico per i sistemi di accumulo di energia (ESS), risiede nella discrepanza tra la velocità di deriva e la velocità di correzione quando il ciclo di lavoro è intenso.

Cosa aggiunge il bilanciamento attivo (e dove risiede il vero valore aggiunto)

Il bilanciamento attivo funziona trasferendo energia dalle celle a voltaggio più elevato a quelle a voltaggio inferiore, in genere tramite un circuito di trasferimento induttivo o capacitivo, anziché dissiparla sotto forma di calore. Ne conseguono due conseguenze pratiche:

• Corrente di bilanciamento più elevata.Mentre il bilanciamento passivo si aggira intorno ai 100 mA, il bilanciamento attivo dedicato nei BMS per sistemi di accumulo di energia è in genere nell'ordine di 1 A, ovvero una correzione di un ordine di grandezza più veloce.
• Può funzionare su una gamma più ampia di SOC,Non solo al massimo della carica. Questo è importante anche durante le operazioni di stoccaggio, dove la batteria potrebbe raramente trovarsi al 100% di carica.

Il risultato finale per un progetto ESS è che la deriva della tensione delle celle può essere corretta a una velocità che si avvicina maggiormente alla velocità con cui si accumula. Il bilanciamento attivo può aiutare il pacco a mantenere una stringa più uniforme durante la sua vita utile, riducendo la probabilità che la capacità utilizzabile venga persa a causa della cella più debole. Un aspetto importante da tenere presente: le prestazioni di bilanciamento in servizio dipendono dal resto del sistema, ovvero dall'accoppiamento iniziale tra pacco e celle, dalla distribuzione termica lungo la stringa e dalla posizione in cui il bilanciamento può operare all'interno della finestra di SOC. I dati di bilanciamento specifici per una determinata configurazione del pacco devono essere confermati con il team di ingegneri, anziché essere dedotti esclusivamente dalla scheda tecnica.

Quando il bilanciamento passivo è sufficiente (non esagerare con le specifiche)

Il bilanciamento attivo non è un upgrade da considerare di default. Per un'ampia gamma di applicazioni, il bilanciamento passivo è davvero la soluzione ideale:

• Sistemi di backup leggeri che si attivano raramente
• Gruppi di continuità (UPS) per telecomunicazioni che funzionano principalmente in modalità standby e raramente sottopongono a cicli di scarica profonda.
• Sistemi di accumulo di piccole dimensioni per uso domestico, dove la convenienza economica del progetto non giustifica il costo aggiuntivo del BMS.
• Celle ben abbinate con tolleranza iniziale ridotta, dove la deriva si accumula lentamente

Specificare il bilanciamento attivo per queste applicazioni comporta costi aggiuntivi senza un beneficio proporzionale. Un buon fornitore saprà indicarti quando il bilanciamento passivo è la soluzione più adatta al tuo progetto; un segnale d'allarme da non sottovalutare è rappresentato da un fornitore che raccomanda il bilanciamento attivo per ogni progetto senza una chiara giustificazione tecnica legata al tuo ciclo di lavoro.

Quando il bilanciamento attivo è un'opzione da considerare per il tuo progetto di storage.

Le condizioni del ciclo di lavoro che fanno pendere la bilancia verso il bilanciamento attivo per l'accumulo di energia sono piuttosto specifiche. Se il vostro progetto soddisfa diverse di queste condizioni, vale la pena specificare il bilanciamento attivo:

• Ciclismo profondo quotidiano.I sistemi di accumulo accoppiati all'energia solare che si scaricano in modo significativo ogni giorno, anno dopo anno, accumulano una deriva più rapidamente di quanto la periodica bilanciatura della carica massima possa correggerla.
• Durata di servizio prevista pluriennale.Quanto più a lungo si prevede che il sistema funzioni, tanto maggiore sarà la protezione contro la deriva cumulativa offerta dal bilanciamento attivo.
• Configurazioni di pacco più grandi.Una stringa 16S ha più punti in cui si può sviluppare una deriva rispetto a una stringa 8S, perché un numero maggiore di celle in serie aumenta la probabilità di variazione cella-cella lungo la stringa. I pacchi batteria da 48 V (15-16S) e superiori traggono maggior vantaggio da una correzione più rapida.
• Architettura a pacchetto parallelo.Il bilanciamento attivo opera a livello di singola cella all'interno di ogni pacco: non equalizza i dati tra pacchi paralleli, ma aiuta ogni singolo pacco a mantenere una consistenza interna, garantendo un comportamento più prevedibile quando più pacchi operano insieme in una banca.
• Funzionamento a ciclo parziale.Se il tuo profilo di accumulo raramente porta la batteria alla carica completa (riduzione dei picchi di consumo, ottimizzazione dell'autoconsumo), la dipendenza del bilanciamento passivo dal picco di carica diventa un vero limite.

Riferimento alla selezione rapida

In sintesi, ecco come il bilanciamento attivo e passivo si traducono tipicamente in applicazioni comuni. Considerate questo come un punto di partenza per la vostra richiesta di offerta, non come un sostituto per un confronto specifico in base al vostro ciclo di lavoro:

La tabella è solo un punto di partenza; specificare in base al proprio profilo di ciclo di lavoro effettivo, anziché basarsi unicamente sull'etichetta dell'applicazione.

DALY Active Balancing per applicazioni di storage

Per i progetti in cui il bilanciamento attivo è la specifica ideale, la linea di BMS per sistemi di accumulo energetico di quarta generazione di DALY lo offre nativamente. La variante LK fornisce un bilanciamento attivo da 1 A per le configurazioni standard di accumulo domestico; la variante LM-B fornisce un bilanciamento attivo da 2 A per sistemi a corrente più elevata e capacità maggiore. Entrambe supportano 8-16S LFP e l'architettura a pacchi paralleli comune negli impianti di accumulo domestici e per piccole attività commerciali, con possibilità di scalare fino a 16 pacchi in parallelo (circa 160 kWh per rete) per progetti che crescono nel tempo.

Due precisazioni da tenere a mente in qualsiasi conversazione preliminare alla richiesta di offerta: il bilanciamento delle prestazioni in fase di implementazione dipende dal resto del sistema, come discusso in precedenza, e i dati di configurazione specifici, inclusi la logica di attivazione del bilanciamento, la finestra SOC e le linee guida per l'abbinamento delle celle del pacco batteria, sono aspetti che il team di ingegneri analizzerà insieme a voi progetto per progetto, anziché essere dati da dedurre da una scheda tecnica.

Domande frequenti

Q1Un bilanciamento attivo da 1A è sempre migliore di un bilanciamento passivo da 100mA?

Non sempre: ciò che è considerato migliore dipende dal ciclo di lavoro a cui è sottoposta la batteria. Per le applicazioni in cui la deriva si accumula lentamente (backup a basso carico, cicli di carica/scarica poco frequenti), una correzione passiva di 100 mA risolve il problema e comporta il minor costo aggiuntivo. Per le applicazioni in cui la deriva si accumula più velocemente di quanto 100 mA possano correggere (cicli di carica/scarica profondi giornalieri in magazzino), una correzione attiva di 1 A risolve meglio il problema. È importante adattare l'approccio di bilanciamento al ciclo di lavoro, non viceversa.

Q2Il bilanciamento attivo prolunga la durata del ciclo di vita?

La durata del ciclo di vita è una proprietà delle celle stesse, non qualcosa che il bilanciamento crea. Il bilanciamento attivo aiuta il pacco a raggiungere la durata di vita nominale delle celle, riducendo il rischio che uno squilibrio spinga le singole celle al di fuori del loro intervallo operativo sicuro. Le celle determinano il limite massimo; il bilanciamento aiuta ad avvicinarsi effettivamente a tale limite, anziché essere limitati dalla cella più debole. I dati specifici sulla durata di vita per la vostra configurazione saranno discussi a livello di progetto con il team di ingegneri.

Q3Se non sono sicuro se il mio progetto richieda una configurazione attiva o passiva, cosa devo fare?

Fornite al fornitore il profilo del vostro ciclo di lavoro: profondità del ciclo giornaliero, cicli previsti all'anno, durata di vita utile target, dimensioni della batteria e se il sistema raggiungerà regolarmente la carica completa. Un fornitore che specifica in base a queste informazioni, anziché optare automaticamente per la soluzione più costosa, è da prendere seriamente in considerazione. Se non riuscite a ottenere una motivazione delle specifiche che si ricolleghi al vostro ciclo di lavoro, questi sono i dati necessari prima di inviare la richiesta di offerta.

Informazioni su DALY

DALY progetta e produce sistemi di gestione delle batterie al litio per OEM, produttori di pacchi batteria e integratori, con prodotti utilizzati in oltre 130 paesi. Fondata nel 2015, DALY opera secondo i sistemi ISO 9001 / ISO 14001 con conformità CE e RoHS; la linea di sistemi di accumulo energetico ha ottenuto la certificazione UL Recognized Component (non la certificazione completa di sistema UL: la distinzione è importante per i progetti nordamericani), con documentazione a supporto della certificazione a livello di pacco batteria o di sistema.

Specificare il bilanciamento attivo per il tuo progetto di storage?

Se state progettando un sistema di accumulo solare, una batteria domestica o un sistema di accumulo energetico per piccole attività commerciali e desiderate specificare correttamente il bilanciamento, il team di ingegneri di DALY può analizzare il vostro ciclo di lavoro e aiutarvi ad adattare l'approccio BMS (Battery Management System) alle vostre esigenze.

• Condividi il tuo ciclo di lavoro: profondità del ciclo giornaliero, durata di servizio prevista, dimensione del pacco, configurazione in parallelo
• Richiesta della documentazione specifica per LK/LM-B di quarta generazione
• E-mail:dalybms@dalyelec.com

Pagina del prodotto di bilanciamento attivo:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/