Πώς να υπολογίσετε το απαιτούμενο ρεύμα BMS για μια οικιακή μπαταρία αποθήκευσης ενέργειας

Εισαγωγή

Η επιλογή της ονομαστικής τιμής ρεύματος ενός συστήματος διαχείρισης μπαταρίας (BMS) για μια οικιακή μπαταρία αποθήκευσης ενέργειας δεν είναι απλώς θέμα αντιστοίχισης του BMS με την χωρητικότητα της μπαταρίας σε αμπερώρες (Ah). Το πιο χρήσιμο σημείο εκκίνησης είναι το μέγιστο ρεύμα που πρέπει να παρέχει ή να δέχεται η μπαταρία κατά την κανονική λειτουργία, συμπεριλαμβανομένης της επίδρασης της ισχύος του μετατροπέα, της τάσης της μπαταρίας και της απόδοσης μετατροπής.

Για παράδειγμα, ένας πελάτης με μετατροπέα 5 κιλοβάτ (kW) μπορεί να υποθέσει ότι ένα BMS 100 αμπέρ (A) είναι επαρκές για μια μπαταρία κατηγορίας 48 βολτ. Αυτή η υπόθεση μπορεί να είναι λανθασμένη εάν η τάση της μπαταρίας πέσει υπό φορτίο ή εάν ο μετατροπέας λειτουργεί κοντά στην ονομαστική του ισχύ για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Αυτός ο οδηγός εξηγεί πώς να εκτιμήσετε το ρεύμα εκφόρτισης στην πλευρά της μπαταρίας, πώς να ελέγξετε ξεχωριστά το ρεύμα φόρτισης και πώς να συγκρίνετε το αποτέλεσμα με τις ονομαστικές τιμές συνεχούς ρεύματος των μοντέλων BMS οικιακής αποθήκευσης ενέργειας LK και LM 4ης γενιάς της DALY.

1. Ξεκινήστε με το ρεύμα στην πλευρά της μπαταρίας, όχι μόνο την ονομαστική ισχύ Ah

Η χωρητικότητα της μπαταρίας, μετρούμενη σε αμπερώρες (Ah), περιγράφει την ποσότητα φόρτισης που μπορεί να αποθηκεύσει μια μπαταρία υπό καθορισμένες συνθήκες. Δεν υποδεικνύει από μόνη της το μέγιστο ρεύμα που πρέπει να παρέχει η μπαταρία σε έναν μετατροπέα.

Μια μπαταρία 100 Ah θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί με διαφορετικά επίπεδα ισχύος μετατροπέα και προφίλ λειτουργίας. Το απαιτούμενο ρεύμα BMS εξαρτάται επομένως από την ζήτηση ισχύος του συστήματος και την τάση λειτουργίας της μπαταρίας, καθώς και από τα όρια των στοιχείων και του υπόλοιπου ηλεκτρικού συστήματος.

Για έναν μετατροπέα που παρέχει εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) από μια μπαταρία, υπολογίστε το ρεύμα συνεχούς ρεύματος (DC) που καταναλώνεται από την μπαταρία χρησιμοποιώντας:

• I_DC= εκτιμώμενο ρεύμα συνεχούς ρεύματος που καταναλώνεται από την μπαταρία, σε αμπέρ (A)
• P_AC= ισχύς εξόδου AC μετατροπέα, σε watt (W)
• V_{μπαταρία}= τάση μπαταρίας στις συνθήκες λειτουργίας που αξιολογούνται, σε βολτ (V)
• η = απόδοση μετατροπής μετατροπέα εκφρασμένη ως δεκαδικό ψηφίο (για παράδειγμα, 90% = 0,90)

Αυτή είναι μια εκτίμηση για την κατεύθυνση εκφόρτισης. Χρησιμοποιήστε τις προδιαγραφές του κατασκευαστή του μετατροπέα για την ονομαστική ισχύ εξόδου, την απόδοση και την ελάχιστη τάση λειτουργίας της μπαταρίας, όπου είναι διαθέσιμες. Ένας υπολογισμός που χρησιμοποιεί μόνο την ονομαστική τάση της μπαταρίας μπορεί να υποεκτιμήσει το ρεύμα όταν η τάση της μπαταρίας είναι χαμηλότερη.

2. Παράδειγμα εργασίας: Ένας μετατροπέας 5 kW σε μια μπαταρία κατηγορίας 48 V

Το ακόλουθο παράδειγμα είναι ενδεικτικό και όχι μια καθολική προδιαγραφή τάσης μπαταρίας. Ας υποθέσουμε ότι ένας μετατροπέας πρέπει να παρέχει 5.000 watt (W) AC, η τάση της μπαταρίας στο σημείο λειτουργίας είναι 44 βολτ (V) και η απόδοση του μετατροπέα σε αυτό το σημείο λειτουργίας θεωρείται ότι είναι 90%. Αυτές οι δύο τιμές λειτουργίας είναι ενδεικτικές υποθέσεις και όχι προδιαγραφές προϊόντος DALY.

Ο τελικός σχεδιασμός πρέπει επίσης να ελέγχει τα πραγματικά όρια εισόδου DC του μετατροπέα, το επιτρεπόμενο συνεχές ρεύμα εκφόρτισης των στοιχείων της μπαταρίας, τις ονομαστικές τιμές καλωδίωσης και σύνδεσης, τις ασφάλειες ή άλλη προστασία από υπερένταση, τις θερμικές συνθήκες και τυχόν απαιτήσεις υπέρτασης.

3. Συγκρίνετε το αποτέλεσμα με την ονομαστική τιμή συνεχούς ρεύματος BMS

Αφού εκτιμήσετε το απαιτούμενο ρεύμα στην πλευρά της μπαταρίας, συγκρίνετέ το με την ονομαστική τιμή συνεχούς ρεύματος φόρτισης/εκφόρτισης που έχει δημοσιευτεί για το ακριβές μοντέλο και τη διαμόρφωση BMS που εξετάζεται.

Αυτές είναι οι δημοσιευμένες επιλογές συνεχούς ρεύματος LK και LM που χρησιμοποιούνται σε αυτό το άρθρο. Μην συμπεραίνετε μια μη καταχωρημένη τυπική ονομαστική τιμή ή μην υποθέτετε ότι υπάρχει διαθέσιμη προσαρμογή χωρίς γραπτή επιβεβαίωση για την ζητούμενη διαμόρφωση.

Εάν η υπολογισμένη συνεχής απαίτηση είναι πάνω από 200 A, μην υποθέτετε ότι η σύνδεση πολλαπλών μονάδων BMS παράλληλα δημιουργεί αυτόματα μια κατάλληλη λύση υψηλότερου ρεύματος. Η πλήρης αρχιτεκτονική της μπαταρίας, η κοινή χρήση ρεύματος, η στρατηγική προστασίας και η εγκεκριμένη διαμόρφωση πρέπει να εξεταστούν από την ομάδα μηχανικών.

4. Ελέγξτε το ρεύμα φόρτισης ξεχωριστά

Το ρεύμα εκφόρτισης είναι μόνο η μία πλευρά της επιλογής. Το BMS πρέπει επίσης να είναι κατάλληλο για το μέγιστο ρεύμα φόρτισης που μπορεί να λάβει η μπαταρία από τον μετατροπέα/φορτιστή, τον ηλιακό φορτιστή ή άλλη πηγή φόρτισης.

Λάβετε το μέγιστο ρεύμα φόρτισης της μπαταρίας από την τεκμηρίωση του φορτιστή ή του μετατροπέα και συγκρίνετέ το με τις προδιαγραφές ρεύματος φόρτισης BMS και το επιτρεπόμενο ρεύμα φόρτισης του κατασκευαστή του στοιχείου. Μην υποθέτετε ότι το ρεύμα φόρτισης είναι ίσο με το ρεύμα εκφόρτισης.

Για ένα σύστημα με περισσότερες από μία πηγές φόρτισης, καθορίστε το μέγιστο ταυτόχρονο ρεύμα φόρτισης υπό τις προβλεπόμενες συνθήκες λειτουργίας. Ο σχεδιασμός της μπαταρίας και οι έλεγχοι φόρτισης πρέπει να λαμβάνονται υπόψη από κοινού.

5. Μην συγχέετε το συνεχές ρεύμα με το μέγιστο ρεύμα ή το ρεύμα υπερτάσεων

Ορισμένα φορτία προκαλούν μια βραχυπρόθεσμη αύξηση τάσης κατά την εκκίνηση. Παραδείγματα μπορεί να περιλαμβάνουν κινητήρες, αντλίες, συμπιεστές και άλλο εξοπλισμό με υψηλή ζήτηση εκκίνησης. Επομένως, ένα σύστημα μπορεί να παρουσιάσει ένα μέγιστο ρεύμα πάνω από το κανονικό ρεύμα λειτουργίας του.

Πριν επιλέξετε ένα BMS, προσδιορίστε τόσο το συνεχές ρεύμα όσο και το ρεύμα κορυφής, συμπεριλαμβανομένης της διάρκειας και της συχνότητας εμφάνισής του. Στη συνέχεια, ελέγξτε την ακριβή τεκμηρίωση του BMS για το ισχύον όριο ρεύματος κορυφής, τη διάρκεια και τη συμπεριφορά προστασίας. Μια ονομαστική τιμή συνεχούς ρεύματος δεν πρέπει να αντιμετωπίζεται ως ονομαστική τιμή ρεύματος κορυφής και μια τιμή κορυφής δεν πρέπει να αντιμετωπίζεται ως συνεχής ονομαστική τιμή.

6. Ελέγξτε ολόκληρο το σύστημα μπαταρίας, όχι μόνο το BMS

Η βαθμολογία BMS δεν καθορίζει ανεξάρτητα την ασφαλή ικανότητα ρεύματος ολόκληρης της μπαταρίας. Το πραγματικό όριο συστήματος ενδέχεται να είναι χαμηλότερο λόγω των ορίων των στοιχείων, των ζυγών, των καλωδίων, των συνδετήρων, των ασφαλειών, των ακροδεκτών, του θερμικού σχεδιασμού ή του μετατροπέα.

• Στοιχεία μπαταρίας: επιβεβαιώστε τα όρια ρεύματος συνεχούς φόρτισης και εκφόρτισης του κατασκευαστή των στοιχείων.
• Τάση μπαταρίας: χρησιμοποιήστε τη χαμηλότερη σχετική τάση λειτουργίας για την εκτίμηση του ρεύματος εκφόρτισης, όχι μόνο την ονομαστική τάση.
• Καλώδια και συνδέσεις: επιβεβαιώστε τις τρέχουσες ονομαστικές τιμές, τις συνθήκες εγκατάστασης και την ποιότητα σύνδεσης.
• Προστασία από υπερένταση: ελέγξτε την επιλογή ασφάλειας ή διακόπτη και τον συντονισμό με το σχεδιασμό του συστήματος.
• Θερμοκρασία: λάβετε υπόψη το λειτουργικό περιβάλλον της μπαταρίας και του BMS, καθώς και τυχόν περιορισμούς ρεύματος που σχετίζονται με τη θερμοκρασία.
• Μετατροπέας: επιβεβαιώστε τη συνεχή ισχύ, την ισχύ υπερτάσεων, το εύρος τάσης DC και το μέγιστο ρεύμα φόρτισης της μπαταρίας.

Η σωστή επιλογή είναι αυτή που ικανοποιεί τις απαιτήσεις και τα όρια ολόκληρου του συστήματος. Η επιλογή ενός BMS με υψηλότερο ρεύμα στην πινακίδα τύπου δεν αντισταθμίζει τα υπομεγέθη στοιχεία, τις καλωδιώσεις ή τις συσκευές προστασίας.

7. Πώς να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον υπολογισμό κατά τη σύγκριση των DALY LK και LM

Τα μοντέλα οικιακής αποθήκευσης ενέργειας BMS LK και LM 4ης γενιάς της DALY παρατίθενται στις πληροφορίες προϊόντος της DALY για διαμορφώσεις 8S και 16S (ο αριθμός των στοιχείων που συνδέονται σε σειρά) και χημικές συνθέσεις μπαταριών Li-ion (ιόντων λιθίου) και LiFePO4 (φωσφορικό λίθιο σίδηρο). Οι δημοσιευμένες ονομαστικές τιμές ρεύματος συνεχούς φόρτισης/εκφόρτισης είναι 100 A για LK και 150 A ή 200 A για LM.

Η τρέχουσα βαθμολογία είναι μόνο ένα μέρος της επιλογής. Το έργο θα πρέπει επίσης να επιβεβαιώσει την ακριβή διαμόρφωση της σειράς μπαταριών, τη χημική σύνθεση, το μοντέλο του μετατροπέα, το πρωτόκολλο επικοινωνίας, το σχέδιο παράλληλης συστοιχίας και τις απαιτούμενες προαιρετικές λειτουργίες. Το CAN (Controller Area Network - Δίκτυο Περιοχής Ελεγκτή) και το RS-485 (πρότυπο σειριακής διεπαφής επικοινωνίας) είναι επιλογές επικοινωνίας στην πλατφόρμα. Η παρουσία μιας διεπαφής δεν αποδεικνύει από μόνη της συμβατότητα με κάθε μοντέλο μετατροπέα.

Για παράλληλα συστήματα μπαταριών, μην πολλαπλασιάζετε μία μόνο βαθμολογία BMS με τον αριθμό των συστοιχιών και μην υποθέτετε ότι το αποτέλεσμα είναι το εγκεκριμένο ρεύμα συστήματος. Η παράλληλη διαμόρφωση, η κατανομή ρεύματος, η επικοινωνία μεταξύ των συστοιχιών και τα όρια προστασίας πρέπει να επανεξετάζονται για τον πραγματικό σχεδιασμό.

8. Πληροφορίες που πρέπει να προετοιμαστείτε πριν ζητήσετε μια σύσταση BMS

Ένα χρήσιμο τεχνικό ερώτημα θα πρέπει να περιλαμβάνει τις ακόλουθες πληροφορίες:

1. Χημεία μπαταρίας (για παράδειγμα, LiFePO4 ή άλλη χημεία ιόντων λιθίου).
2. Αριθμός στοιχείων σε σειρά και το εύρος ονομαστικής και λειτουργικής τάσης της μπαταρίας.
3. Χωρητικότητα μπαταρίας (Ah) και μοντέλο μπαταρίας ή φύλλο δεδομένων μπαταρίας, εάν είναι διαθέσιμο.
4. Κατασκευαστής μετατροπέα και ακριβές μοντέλο.
5. Συνεχής ισχύς εξόδου μετατροπέα και ισχύς υπερτάσεων, συμπεριλαμβανομένης της διάρκειας των υπερτάσεων.
6. Μέγιστο απαιτούμενο συνεχές ρεύμα εκφόρτισης μπαταρίας.
7. Μέγιστο ρεύμα φόρτισης μπαταρίας και πηγές φόρτισης.
8. Απαιτούμενο μέγιστο ρεύμα και η διάρκειά του.
9. Απαιτούμενη διεπαφή και πρωτόκολλο επικοινωνίας (εάν απαιτείται επικοινωνία με τον μετατροπέα).
10. Αριθμός μπαταριών που έχουν προγραμματιστεί για παράλληλη λειτουργία.
11. Εύρος θερμοκρασίας εγκατάστασης και τυχόν απαιτούμενες προαιρετικές λειτουργίες.

Σύναψη

Για να επιλέξετε μια ονομαστική τιμή ρεύματος BMS για μια οικιακή μπαταρία αποθήκευσης ενέργειας, ξεκινήστε με τη ζήτηση ισχύος του μετατροπέα και υπολογίστε το ρεύμα στην πλευρά της μπαταρίας στην αντίστοιχη τάση μπαταρίας και απόδοση του μετατροπέα. Στη συνέχεια, ελέγξτε το ρεύμα φόρτισης, τη μέγιστη ζήτηση, τα όρια των στοιχείων, την καλωδίωση, τις συσκευές προστασίας, τη θερμοκρασία και την ακριβή διαμόρφωση BMS.

Για τη σειρά οικιακής αποθήκευσης ενέργειας 4ης γενιάς της DALY, η δημοσιευμένη επιλογή LK έχει ονομαστική τιμή 100 A συνεχούς ρεύματος, ενώ οι επιλογές LM έχουν ονομαστική τιμή 150 A ή 200 A συνεχούς ρεύματος. Αυτές οι ονομαστικές τιμές αποτελούν υποψήφιες για αξιολόγηση. Η σωστή επιλογή εξαρτάται από τις επαληθευμένες απαιτήσεις και τα όρια του πλήρους συστήματος μπαταριών.

Αίτημα για Τεχνική Αξιολόγηση Επιλογής BMS

Εάν αναπτύσσετε μια οικιακή μπαταρία αποθήκευσης ενέργειας, μοιραστείτε τη χημική σύνθεση της μπαταρίας, τον αριθμό σειρών, το εύρος τάσης, το μοντέλο του μετατροπέα, τις απαιτήσεις συνεχούς και μέγιστης έντασης ρεύματος, το ρεύμα φόρτισης και την προγραμματισμένη διαμόρφωση παράλληλης μπαταρίας με την DALY. Η τεχνική ομάδα μπορεί να εξετάσει τις πληροφορίες και να επιβεβαιώσει ποια διαμόρφωση LK/LM, εάν υπάρχει, είναι κατάλληλη για το έργο.