В крупном масштабе высоковольтные литиевые системы хранения энергии Параллельная работа кластеров батарей — это распространенная архитектура, используемая для достижения большей емкости, масштабируемости мощности и надежности системы. EverExceed Эта архитектура широко применяется в системах хранения энергии для электросетей, системах резервного питания ИБП и промышленных энергетических решениях. Однако, несмотря на значительные преимущества параллельного подключения, оно также создает технические проблемы, которые необходимо тщательно решать.

Основные преимущества (плюсы)

1. Гибкая масштабируемость и модульная конструкция

Расширение мощностей и электроснабжения по запросу:
Увеличивая или уменьшая количество параллельно соединенных аккумуляторных блоков, можно гибко масштабировать емкость и мощность системы без полной перепроектировки аккумуляторной системы. Это делает параллельную архитектуру идеальной для модульных систем хранения энергии и источников бесперебойного питания.

Стандартизированное производство:
Каждый аккумуляторный блок может быть спроектирован и изготовлен стандартизированным способом массового производства, что помогает снизить производственные затраты, обеспечивая при этом стабильность и качество продукции.

Простота обслуживания и замены:
В случае отказа одного из кластеров его можно изолировать, отремонтировать или заменить без отключения всей системы, что значительно повышает доступность и ремонтопригодность системы.

2. Повышенная избыточность и надежность системы.

Избыточность N+1:
Дополнительный аккумуляторный блок может быть сконфигурирован таким образом, чтобы даже в случае отказа одного из блоков система могла продолжать работать на номинальной мощности, обеспечивая бесперебойное электроснабжение критически важных потребителей, таких как центры обработки данных и промышленные предприятия.

Возможность локализации неисправностей:
Такие неисправности, как внутренние короткие замыкания или сбои в работе системы управления батареей (BMS), могут быть локализованы в пределах отдельного кластера. Использование разъединителей постоянного тока и контакторов позволяет быстро отключать неисправности, снижая системный риск.

3. Повышение эффективности и оптимизация операционной деятельности

Сниженное потребление тока на кластер:
Параллельное распределение тока снижает ток, протекающий через каждый аккумуляторный блок, уменьшая электрическую нагрузку на разъемы, кабели и элементы питания. Это снижает джоулевы потери внутри блока.

Потери = I²RP_{потери} = I²R П л осс = я 2 Р

и может повысить общую эффективность системы.

Операционная гибкость за счет интеллектуального планирования:
Передовой Системы управления энергопотреблением (СУЗ) Система может интеллектуально распределять кластеры в зависимости от условий в реальном времени. Например, кластеры с более высоким уровнем заряда батареи и более низким внутренним сопротивлением могут получать приоритет, а перегретые кластеры могут быть временно отключены для охлаждения, что продлевает срок службы системы.

Основные проблемы и риски (минусы)

1. Циркулирующий ток (основной недостаток)

Первопричина:
Из-за неизбежных различий в выходном напряжении между кластерами, вызванных уровнем заряда батареи, температурой, внутренним сопротивлением и старением, кластеры с более высоким напряжением могут заряжать кластеры с более низким напряжением, генерируя циркулирующий ток, который не поступает к внешней нагрузке или сети.

К рискам относятся:

• Потери энергии: Циркулирующий ток напрямую преобразуется в тепло, что снижает эффективность системы.

• Ускоренное старение: В некоторых кластерах происходят ненужные циклы зарядки/разрядки, что ускоряет деградацию емкости.

• Риск перегрузки по току: Сильные циркулирующие токи могут превышать номинальные значения предохранителей, контакторов или силовых устройств, что потенциально может привести к отказам.

2. Усиление несогласованности и повышение сложности управления.

«Эффект слабого звена»:
В параллельных системах общая полезная емкость ограничена кластером, который первым достигнет пределов заряда или разряда. Любое несоответствие напрямую снижает эффективную емкость системы.

Сложность многоуровневой системы управления зданием (BMS):
Параллельные высоковольтные системы обычно требуют трехуровневая архитектура управления :
Система управления батареями (BMS) на уровне ячейки → Система управления батареями (BMS) на уровне кластера → Система управления энергоснабжением (EMS) на системном уровне.
Система управления энергопотреблением (EMS) должна выполнять сложные алгоритмы для балансировки тока, выравнивания уровня заряда батареи (SOC) и оценки состояния, что значительно увеличивает сложность программного обеспечения и коммуникаций.

3. Координация мер защиты и риски для безопасности

Чрезвычайно высокий ток короткого замыкания:
При коротких замыканиях на стороне постоянного тока все параллельно соединенные аккумуляторные батареи разряжаются одновременно в точке повреждения, генерируя чрезвычайно высокие токи короткого замыкания. Это предъявляет жесткие требования к автоматическим выключателям постоянного тока и защитным устройствам.

Проблемы избирательности защиты:
Пороговые значения защиты и время отклика должны быть точно скоординированы на всех уровнях (ячейка, модуль, кластер, система), чтобы гарантировать изоляцию только самого маленького неисправного элемента и предотвратить каскадные сбои.

4. Первоначальные инвестиции и стоимость системы

Дополнительные резервные компоненты:
Для каждого аккумуляторного блока требуются собственные системы управления батареями (BMS), контакторы, предохранители, а в некоторых случаях и преобразователи постоянного тока для активной балансировки тока, что увеличивает стоимость оборудования.

Более высокие затраты на системную интеграцию:
Сложная электрическая схема, скоординированное управление тепловыми процессами и разработка передового программного обеспечения для управления значительно увеличивают затраты на проектирование и ввод в эксплуатацию.

Ключевые технические решения: как максимизировать выгоды и минимизировать риски.

1. Активная изоляция и регулирование на основе DC/DC-преобразователя

Каждый аккумуляторный блок оснащен на выходе двунаправленным преобразователем постоянного тока.

Преимущества:

• Полностью исключает циркуляцию тока.

• Обеспечивает независимое управление зарядом/разрядом для каждого кластера.

• Обеспечивает максимальную полезную мощность и стабильность системы.

• Представляет собой наиболее эффективное решение для управления несоответствиями.

Компромиссы:

• Увеличение стоимости и объёма системы.

• Незначительная потеря эффективности (обычно все еще >97%)

2. Пассивная балансировка тока с усовершенствованным управлением

Строгое сопоставление кластеров:
Перед параллельным соединением кластеры тщательно подбираются по напряжению, внутреннему сопротивлению и емкости.

Усовершенствованные алгоритмы BMS на уровне кластера:
Точная оценка SOC и SOH позволяет системе EMS оптимизировать стратегии диспетчеризации и динамически управлять участием кластера.

Меры подавления циркулирующего тока:
Использование демпфирующих резисторов или оптимизированных топологий для ограничения величины циркулирующего тока.

Резюме и заключение

Окончательная рекомендация

Параллельная работа кластеры высоковольтных литий-ионных батарей это необходимо для масштабирования современных системы хранения энергии Однако успешная реализация во многом зависит от:

1. Точное сопоставление ячеек и кластеров.

2. Мощный, интеллектуальный многоуровневый BMS и EMS

3. Тщательно продуманная электрическая и защитная конструкция, особенно в части координации защиты и подавления циркулирующих токов.

4. Компромисс между стоимостью и производительностью:

   • Для приложений, требующих максимальная эффективность и стабильность Рекомендуется использовать изолированные архитектуры DC/DC.

   • Для проектов с ограниченным бюджетом и хорошо подобранными кластерами могут применяться передовые решения в области пассивного управления.

В EverExceed Эти принципы полностью интегрированы в конструкцию наших изделий. Высоковольтные литий-ионные аккумуляторные системы для хранения энергии, резервного питания ИБП, центров обработки данных и промышленных энергетических приложений. , обеспечивая безопасную эксплуатацию, высокую эффективность и долгосрочную надежность.