Khi nào hệ thống lưu trữ năng lượng cần cân bằng chủ động (và khi nào cân bằng thụ động là đủ)

Vấn đề đạp xe hàng ngày mà hệ thống cân bằng thụ động không được thiết kế để giải quyết

Bộ pin xe đạp điện dân dụng có thể chỉ sạc một lần mỗi ngày, thường là ít hơn. Dụng cụ điện cầm tay được sử dụng trong thời gian ngắn. Hầu hết các ứng dụng lithium thông thường đều cho phép bộ pin có đủ thời gian nghỉ ngơi, và bất kỳ sự mất cân bằng nhỏ nào giữa các cell đều được tự động điều chỉnh từ từ trong nền. Việc cân bằng thụ động — thường là dòng điện khoảng 100mA được dẫn qua cell có điện áp cao nhất trong giai đoạn sạc đầy — hoạt động hoàn hảo cho kiểu hoạt động đó.

Việc lưu trữ năng lượng thì khác. Pin gia đình kết hợp với năng lượng mặt trời sẽ trải qua chu kỳ sạc/xả sâu mỗi ngày, năm này qua năm khác. Hệ thống lưu trữ thương mại có thể trải qua nhiều chu kỳ mỗi ngày. Sau hàng nghìn chu kỳ, ngay cả những khác biệt nhỏ giữa các cell – dung sai sản xuất, sự khác biệt nhỏ về tuổi thọ, chênh lệch nhiệt độ trong bộ pin 16 cell – cũng tích lũy thành sự trôi điện áp có thể đo được. Bộ pin không còn là một chuỗi đồng nhất mà bắt đầu hoạt động như cell yếu nhất của nó. Dung lượng toàn bộ bộ pin giảm, sự mất cân bằng ngày càng mở rộng, và cuối cùng hệ thống quản lý pin (BMS) phải ngắt kết nối sớm để bảo vệ cell yếu nhất – khiến dung lượng sử dụng được bị lãng phí.

Đây là kiểu lỗi khiến người mua hệ thống lưu trữ năng lượng chuyển sang sử dụng cân bằng chủ động. Câu hỏi không phải là liệu cân bằng chủ động có tốt hơn nói chung hay không, mà là liệu chu kỳ hoạt động của dự án có đòi hỏi cao đến mức cân bằng thụ động không thể đáp ứng được hay không.

Chức năng thực tế của cân bằng thụ động 100mA (và những hạn chế của nó đối với hệ thống lưu trữ năng lượng)

Cơ chế cân bằng thụ động hoạt động bằng cách đốt cháy năng lượng dư thừa từ các cell đạt trạng thái sạc đầy trước, dưới dạng một lượng nhiệt nhỏ tỏa ra qua điện trở shunt. Dòng điện cân bằng thụ động điển hình 100mA là đủ để xử lý sự trôi lệch tích lũy trong các ứng dụng tải nhẹ hơn — nhưng nó có hai giới hạn về cấu trúc quan trọng đối với việc lưu trữ:

• Nó chỉ hoạt động khi pin đã được sạc đầy.Hệ thống cân bằng thụ động cần các cell pin đạt đến ngưỡng cân bằng (thường là SOC cao) trước khi có thể cân bằng chúng. Trong chế độ lưu trữ chu kỳ một phần, hiếm khi đạt được mức sạc đầy, hệ thống cân bằng thụ động sẽ có ít cơ hội hoạt động hơn.
• Tốc độ của nó nhỏ so với sự thay đổi có thể tích lũy hàng ngày.Trong một số chu kỳ hoạt động của ESS, sự mất cân bằng có thể tích lũy nhanh hơn khả năng điều chỉnh của hệ thống cân bằng thụ động 100mA — chỉ được áp dụng trong một khoảng thời gian giới hạn ở đỉnh điểm của quá trình sạc — do đó, khoảng cách này có thể ngày càng rộng ra trong nhiều tháng thay vì thu hẹp lại.

Đối với các ứng dụng chu kỳ nông, cân bằng thụ động phù hợp với chu kỳ hoạt động và có chi phí thấp nhất. Vấn đề đối với hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) nói riêng là sự không khớp giữa tốc độ trôi và tốc độ hiệu chỉnh khi chu kỳ hoạt động lớn.

Lợi ích của việc cân bằng chủ động (và giá trị thực sự nằm ở đâu)

Hệ thống cân bằng chủ động hoạt động bằng cách truyền năng lượng từ các cell có điện áp cao hơn sang các cell có điện áp thấp hơn — thường thông qua mạch truyền tải cảm ứng hoặc điện dung — thay vì đốt cháy năng lượng đó dưới dạng nhiệt. Từ đó dẫn đến hai hệ quả thực tiễn:

• Dòng điện cân bằng cao hơn.Trong khi chế độ cân bằng thụ động có cường độ khoảng 100mA, thì chế độ cân bằng chủ động chuyên dụng trong hệ thống quản lý pin (BMS) thường có cường độ khoảng 1A — cho tốc độ hiệu chỉnh nhanh hơn gấp mười lần.
• Nó có thể hoạt động trên nhiều dòng SOC hơn.Không chỉ khi pin được sạc đầy. Điều này quan trọng trong quá trình lưu trữ, nơi mà pin hiếm khi đạt được trạng thái sạc 100%.

Kết quả cuối cùng của một dự án ESS là sự trôi lệch điện áp của các cell có thể được hiệu chỉnh với tốc độ sát hơn với tốc độ tích lũy của nó. Cân bằng chủ động có thể giúp bộ pin duy trì trạng thái đồng nhất hơn trong suốt vòng đời hoạt động, giảm khả năng dung lượng hữu ích bị lãng phí bởi cell yếu nhất. Điều cần lưu ý: hiệu suất cân bằng trong quá trình vận hành phụ thuộc vào phần còn lại của hệ thống — sự phù hợp giữa các cell trong bộ pin lúc ban đầu, sự phân bố nhiệt độ trên toàn chuỗi và vị trí trong khoảng SOC mà quá trình cân bằng được cho phép hoạt động. Dữ liệu cân bằng cụ thể cho một cấu hình bộ pin nhất định cần được xác nhận với nhóm kỹ thuật thay vì chỉ dựa vào bảng thông số kỹ thuật.

Khi cân bằng thụ động là đủ (Đừng quá chú trọng vào chi tiết)

Cân bằng tải chủ động không phải là một nâng cấp mặc định. Đối với nhiều ứng dụng, cân bằng tải thụ động thực sự là giải pháp phù hợp:

• Hệ thống dự phòng công suất nhỏ, hoạt động không thường xuyên.
• Các bộ UPS viễn thông hoạt động chủ yếu ở chế độ dự phòng và hiếm khi hoạt động ở chế độ xả sâu.
• Hệ thống lưu trữ quy mô nhỏ dành cho người tiêu dùng, nơi mà hiệu quả kinh tế của dự án không đủ để bù đắp chi phí BMS bổ sung.
• Các tế bào được ghép nối tốt với dung sai ban đầu chặt chẽ, nơi sự trôi dạt tích lũy chậm.

Việc chỉ định cân bằng chủ động cho các ứng dụng này sẽ làm tăng chi phí mà không mang lại lợi ích tương xứng. Một nhà cung cấp tốt sẽ cho bạn biết khi nào cân bằng thụ động là giải pháp phù hợp cho dự án của bạn — và một dấu hiệu đáng lưu ý là nhà cung cấp đề xuất cân bằng chủ động cho mọi dự án mà không có lý do kỹ thuật rõ ràng liên quan đến chu kỳ hoạt động của bạn.

Khi nào nên chỉ định Active Balancer cho dự án lưu trữ của bạn?

Các điều kiện về chu kỳ hoạt động làm nghiêng cán cân về phía chế độ cân bằng chủ động để lưu trữ năng lượng khá cụ thể. Nếu dự án của bạn đáp ứng một số điều kiện này, việc chỉ định chế độ cân bằng chủ động là điều đáng cân nhắc:

• Đạp xe sâu hàng ngày.Hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời kết hợp với việc xả điện đáng kể mỗi ngày, năm này qua năm khác, sẽ tích lũy sự sai lệch nhanh hơn so với khả năng điều chỉnh bằng việc cân bằng điện áp đỉnh định kỳ.
• Tuổi thọ sử dụng dự kiến ​​kéo dài nhiều năm.Hệ thống dự kiến ​​hoạt động càng lâu, thì tính năng cân bằng chủ động càng giúp bạn bảo vệ hệ thống khỏi sự trôi dạt tích lũy nhiều hơn.
• Các cấu hình đóng gói lớn hơn.Chuỗi 16S có nhiều điểm dễ phát sinh hiện tượng trôi điện áp hơn so với chuỗi 8S, vì số lượng cell mắc nối tiếp lớn hơn làm tăng khả năng sai lệch giữa các cell trong chuỗi. Các bộ lưu trữ ở mức 48V (15-16S) trở lên sẽ được hưởng lợi nhiều hơn từ việc hiệu chỉnh nhanh hơn.
• Kiến trúc đóng gói song song.Cơ chế cân bằng chủ động hoạt động ở cấp độ từng ô nhớ bên trong mỗi nhóm ô nhớ — nó không cân bằng giữa các nhóm ô nhớ song song, mà giúp mỗi nhóm ô nhớ duy trì tính nhất quán nội bộ, hỗ trợ hoạt động ổn định hơn khi nhiều nhóm ô nhớ hoạt động cùng nhau trong một hệ thống.
• Hoạt động theo chu kỳ một phần.Nếu cấu hình lưu trữ của bạn hiếm khi sạc đầy pin (cắt giảm tải đỉnh, tối ưu hóa mức tiêu thụ điện năng), thì việc cân bằng thụ động phụ thuộc vào khoảng thời gian sạc đầy pin sẽ trở thành một hạn chế thực sự.

Tài liệu tham khảo lựa chọn nhanh

Tóm lại, đây là cách mà việc cân bằng chủ động so với cân bằng thụ động thường được áp dụng vào các ứng dụng phổ biến. Hãy xem đây như một điểm khởi đầu cho yêu cầu báo giá của bạn, chứ không phải là sự thay thế cho việc đối chiếu với chu kỳ hoạt động cụ thể của bạn:

Bảng này chỉ là tài liệu tham khảo ban đầu; hãy xác định thông số cụ thể dựa trên chu kỳ hoạt động thực tế của bạn chứ không chỉ dựa vào nhãn ứng dụng.

DALY Active Balancing for Storage Applications

Đối với các dự án cần cân bằng chủ động, dòng sản phẩm BMS lưu trữ năng lượng thế hệ thứ 4 của DALY tích hợp sẵn tính năng này. Phiên bản LK cung cấp khả năng cân bằng chủ động 1A cho các cấu hình lưu trữ tiêu chuẩn tại nhà; phiên bản LM-B cung cấp khả năng cân bằng chủ động 2A cho các hệ thống có dòng điện cao hơn và dung lượng lớn hơn. Cả hai đều hỗ trợ LFP 8-16S và kiến ​​trúc đóng gói song song phổ biến trong lưu trữ tại nhà và thương mại quy mô nhỏ, có thể mở rộng lên đến 16 gói song song (khoảng 160kWh mỗi mạng) cho các dự án phát triển theo thời gian.

Có hai điểm cần lưu ý trong bất kỳ cuộc thảo luận nào trước khi yêu cầu báo giá: hiệu suất cân bằng trong quá trình triển khai phụ thuộc vào phần còn lại của hệ thống như đã thảo luận ở trên, và dữ liệu cấu hình cụ thể — bao gồm logic kích hoạt cân bằng, cửa sổ SOC và hướng dẫn khớp các cell pin — là điều mà nhóm kỹ thuật sẽ cùng bạn xem xét trên cơ sở từng dự án chứ không phải là điều có thể suy đoán từ bảng dữ liệu.

Câu hỏi thường gặp

Q1Liệu chế độ cân bằng chủ động 1A luôn tốt hơn chế độ cân bằng thụ động 100mA?

Không phải lúc nào cũng vậy — điều gì được coi là tốt hơn phụ thuộc vào tác động của chu kỳ hoạt động lên bộ pin. Đối với các ứng dụng mà độ trôi tích lũy chậm (sao lưu tải nhẹ, chu kỳ xả nông), phương pháp hiệu chỉnh thụ động 100mA phù hợp với vấn đề và có chi phí thấp nhất. Đối với các ứng dụng mà độ trôi tích lũy nhanh hơn khả năng hiệu chỉnh của 100mA (chu kỳ xả sâu hàng ngày trong kho lưu trữ), phương pháp hiệu chỉnh chủ động 1A phù hợp hơn với vấn đề. Hãy lựa chọn phương pháp cân bằng phù hợp với chu kỳ hoạt động, chứ không phải ngược lại.

Q2Liệu việc cân bằng chủ động có kéo dài tuổi thọ của chu kỳ sạc không?

Tuổi thọ chu kỳ là đặc tính của chính các cell pin, chứ không phải do quá trình cân bằng tạo ra. Chức năng của cân bằng chủ động là giúp bộ pin đạt được tuổi thọ định mức bằng cách giảm nguy cơ mất cân bằng khiến các cell riêng lẻ vượt quá phạm vi hoạt động an toàn. Chính các cell pin quyết định giới hạn tối đa; cân bằng giúp bạn thực sự tiến gần đến giới hạn đó thay vì bị giới hạn bởi cell yếu nhất. Dữ liệu tuổi thọ cụ thể cho cấu hình của bạn là vấn đề cần thảo luận ở cấp độ dự án với nhóm kỹ thuật.

Q3Nếu tôi không chắc chắn dự án của mình cần yếu tố chủ động hay thụ động, tôi nên làm gì?

Hãy cung cấp cho nhà cung cấp thông tin về chu kỳ hoạt động của bạn — độ sâu chu kỳ hàng ngày, số chu kỳ dự kiến ​​mỗi năm, tuổi thọ mục tiêu, kích thước bộ pin và liệu hệ thống có thường xuyên đạt được mức sạc đầy hay không. Nhà cung cấp nào đưa ra thông số kỹ thuật dựa trên những thông tin đó thay vì mặc định chọn phương án có giá cao hơn thì đó mới là nhà cung cấp đáng tin cậy. Nếu bạn không thể nhận được lý do hợp lý cho thông số kỹ thuật đó liên quan đến chu kỳ hoạt động của bạn, thì đó chính là dữ liệu bạn cần trước khi gửi yêu cầu báo giá.

Giới thiệu về DALY

DALY thiết kế và sản xuất hệ thống quản lý pin lithium cho các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM), nhà sản xuất bộ pin và các nhà tích hợp, với sản phẩm được sử dụng tại hơn 130 quốc gia. Được thành lập vào năm 2015, DALY hoạt động theo hệ thống ISO 9001 / ISO 14001 với chứng nhận CE và RoHS; dòng sản phẩm lưu trữ năng lượng đạt chứng nhận UL Recognized Component (không phải chứng nhận hệ thống UL đầy đủ — sự khác biệt này rất quan trọng đối với các dự án ở Bắc Mỹ), với tài liệu được cung cấp để hỗ trợ chứng nhận cấp hệ thống ở cấp bộ pin hoặc cấp hệ thống.

Bạn đang cân bằng tải chủ động cho dự án lưu trữ của mình?

Nếu bạn đang lập kế hoạch cho dự án lưu trữ năng lượng mặt trời, pin gia đình hoặc hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) thương mại quy mô nhỏ và muốn xác định phương pháp cân bằng chính xác, nhóm kỹ sư của DALY có thể xem xét chu kỳ hoạt động của bạn và giúp bạn lựa chọn phương pháp BMS phù hợp.

• Chia sẻ chu kỳ hoạt động của bạn: độ sâu chu kỳ hàng ngày, tuổi thọ dự kiến, kích thước gói, cấu hình song song.
• Yêu cầu tài liệu thông số kỹ thuật LK/LM-B thế hệ thứ 4.
• E-mail:dalybms@dalyelec.com

Trang sản phẩm cân bằng chủ động:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/