Quando os sistemas de armazenamento de energia precisam de balanceamento ativo (e quando o balanceamento passivo é suficiente)

O problema do ciclismo diário: o balanceamento passivo não foi projetado para isso.

Uma bateria de bicicleta elétrica de uso doméstico é utilizada talvez uma vez por dia, frequentemente menos. Uma ferramenta elétrica é usada em curtos períodos. A maioria das aplicações gerais de lítio permite que a bateria fique em repouso por bastante tempo, e qualquer pequeno desequilíbrio entre as células é corrigido lentamente em segundo plano. O balanceamento passivo — tipicamente cerca de 100 mA aplicados à célula com maior carga durante a fase final de carga — funciona perfeitamente bem para esse perfil de uso.

O armazenamento de energia é diferente. Uma bateria residencial acoplada a um sistema solar passa por ciclos profundos todos os dias, ano após ano. Um sistema de armazenamento comercial pode passar por vários ciclos por dia. Ao longo de milhares de ciclos, até mesmo pequenas diferenças entre as células — tolerância de fabricação, ligeiras diferenças de idade, gradientes de temperatura em um conjunto de 16 células — acumulam-se, resultando em uma deriva de tensão mensurável. O conjunto deixa de ser uniforme e começa a se comportar como sua célula mais fraca. A capacidade total do conjunto diminui, o desequilíbrio aumenta e, eventualmente, o BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria) precisa desconectar prematuramente para proteger a célula mais fraca — deixando capacidade utilizável inutilizada.

É esse tipo de falha que leva os compradores de sistemas de armazenamento de energia a optarem pelo balanceamento ativo. A questão não é se o balanceamento ativo é melhor em geral, mas sim se o ciclo de trabalho do seu projeto é exigente o suficiente para que o balanceamento passivo não consiga acompanhar.

O que o balanceamento passivo de 100 mA realmente faz (e onde ele deixa a desejar para o ESS)

O balanceamento passivo funciona dissipando o excesso de energia das células que atingem a carga completa primeiro, através de pequenas quantidades de calor em um resistor shunt. Uma corrente típica de balanceamento passivo de 100 mA é suficiente para lidar com a deriva que se acumula em aplicações de menor demanda — mas possui duas limitações estruturais importantes para o armazenamento de dados:

• Ele só funciona quando a carga está no máximo.Um sistema passivo precisa que as células atinjam o limiar de balanceamento (geralmente um SOC alto) antes de poder equalizá-las. Em operações de armazenamento de ciclo parcial, que raramente atingem uma carga completa, o balanceamento passivo tem menos oportunidades de funcionar.
• Sua taxa é pequena em relação à deriva que pode se acumular diariamente.Em alguns ciclos de trabalho de sistemas de armazenamento de energia (ESS), o desequilíbrio pode se acumular mais rapidamente do que um sistema de balanceamento passivo de 100 mA — aplicado apenas em um período limitado no topo da carga — consegue corrigir, de modo que a diferença pode aumentar ao longo dos meses em vez de diminuir.

Para aplicações de ciclo de trabalho curto, o balanceamento passivo se adapta bem ao ciclo de trabalho e adiciona o menor custo. O problema específico para sistemas de armazenamento de energia (ESS) é a incompatibilidade entre a taxa de deriva e a taxa de correção quando o ciclo de trabalho é elevado.

O que o balanceamento ativo agrega (e onde reside o verdadeiro valor)

O balanceamento ativo funciona transferindo energia de células de alta tensão para células de baixa tensão — normalmente por meio de um circuito de transferência indutivo ou capacitivo — em vez de dissipá-la como calor. Duas consequências práticas decorrem disso:

• Corrente de equilíbrio mais alta.Enquanto o consumo passivo gira em torno de 100mA, o balanceamento ativo dedicado em um sistema de gerenciamento predial (BMS) para armazenamento de energia geralmente fica na faixa de 1A — uma correção uma ordem de magnitude mais rápida.
• Ele pode funcionar em uma gama maior de SOCs (Sistemas de Carga Única).Não apenas quando a carga está no máximo. Isso é importante durante o armazenamento, onde a bateria raramente fica com 100% de SOC (estado de carga).

O resultado final para um projeto de sistema de armazenamento de energia (ESS) é que a deriva de tensão das células pode ser corrigida a uma taxa que corresponde mais de perto à taxa de acúmulo. O balanceamento ativo pode ajudar o conjunto de baterias a manter-se mais próximo de uma string uniforme ao longo de sua vida útil, reduzindo a probabilidade de que a capacidade utilizável seja desperdiçada pela célula mais fraca. É importante ressaltar que o desempenho do balanceamento em serviço depende do restante do sistema — da correspondência entre as células do conjunto no início, da dispersão térmica ao longo da string e da faixa de estado de carga (SOC) em que o balanceamento pode operar. Dados específicos de balanceamento para uma determinada configuração de conjunto de baterias devem ser confirmados com a equipe de engenharia, em vez de serem assumidos apenas com base na ficha técnica.

Quando o balanceamento passivo é suficiente (não exagere nos atributos)

O balanceamento ativo não é uma atualização padrão. Para uma ampla gama de aplicações, o balanceamento passivo é realmente a resposta certa.

• Sistemas de backup de baixa potência que operam com pouca frequência.
• Sistemas UPS para telecomunicações que operam principalmente em modo de espera e raramente em ciclos de carga e descarga completos.
• Armazenamento em pequena escala para o consumidor, onde a viabilidade econômica do projeto não justifica o custo adicional do BMS.
• Células bem combinadas com tolerância inicial rigorosa, onde a deriva se acumula lentamente.

Especificar o balanceamento ativo para essas aplicações aumenta o custo sem um benefício proporcional. Um bom fornecedor lhe dirá quando o balanceamento passivo é a resposta certa para o seu projeto — e um sinal de alerta importante é um fornecedor que recomenda o balanceamento ativo para todos os projetos sem uma justificativa técnica clara relacionada ao seu ciclo de trabalho.

Quando vale a pena especificar o balanceamento ativo para o seu projeto de armazenamento

As condições do ciclo de trabalho que inclinam a balança para o armazenamento de energia ativo são razoavelmente específicas. Se o seu projeto atender a várias delas, vale a pena especificar o balanceamento ativo:

• Ciclismo profundo diário.Sistemas de armazenamento acoplados à energia solar que descarregam significativamente todos os dias, ano após ano, acumulam deriva mais rapidamente do que o balanceamento periódico de carga máxima consegue corrigir.
• Expectativa de vida útil de vários anos.Quanto maior o tempo de funcionamento previsto do sistema, maior será a proteção contra a deriva cumulativa proporcionada pelo balanceamento ativo.
• Configurações de embalagens maiores.Uma cadeia 16S apresenta mais pontos de deriva do que uma cadeia 8S, pois um número maior de células em série aumenta a probabilidade de variação entre as células ao longo da cadeia. Baterias de 48V (15-16S) e acima se beneficiam mais de uma correção mais rápida.
• Arquitetura de pacote paralelo.O balanceamento ativo opera no nível de célula a célula dentro de cada pacote — ele não equaliza entre pacotes paralelos, mas ajuda cada pacote individual a manter a consistência interna, o que proporciona um comportamento mais previsível quando vários pacotes operam juntos em um banco.
• Operação de ciclo parcial.Se o seu perfil de armazenamento raramente leva a bateria à carga completa (redução de picos de consumo, otimização do autoconsumo), a dependência do balanceamento passivo na janela de carga máxima torna-se uma limitação real.

Guia de seleção rápida

Em resumo, veja como o balanceamento ativo versus passivo geralmente se aplica a aplicações comuns. Considere isso como um ponto de partida para sua solicitação de cotação, e não como um substituto para a análise do seu ciclo de trabalho específico:

A tabela serve como ponto de partida; especifique o perfil de ciclo de trabalho de acordo com suas necessidades reais, em vez de se basear apenas no rótulo do aplicativo.

Balanceamento Ativo DALY para Aplicações de Armazenamento

Para projetos onde o balanceamento ativo é a especificação ideal, a linha de BMS de armazenamento de energia de 4ª geração da DALY oferece essa funcionalidade nativamente. A variante LK fornece balanceamento ativo de 1A para configurações padrão de armazenamento residencial; a variante LM-B fornece balanceamento ativo de 2A para sistemas de maior corrente e capacidade. Ambas suportam baterias LFP de 8 a 16 células e a arquitetura de módulos paralelos comum em sistemas de armazenamento residenciais e comerciais de pequeno porte, com escalabilidade para até 16 módulos em paralelo (cerca de 160 kWh por rede) para projetos que crescem ao longo do tempo.

Duas ressalvas importantes a serem feitas em qualquer conversa prévia à solicitação de cotação: o balanceamento de desempenho na implantação depende do restante do sistema, conforme discutido acima, e os dados de configuração específicos — incluindo a lógica de ativação do balanceamento, a janela de SOC e as orientações de correspondência das células da bateria — são algo que a equipe de engenharia analisará com você em cada projeto, e não algo que se deva presumir a partir de uma ficha técnica.

Perguntas frequentes

Q1O balanceamento ativo de 1A é sempre melhor que o balanceamento passivo de 100mA?

Nem sempre — o que é considerado melhor depende do impacto do seu ciclo de trabalho na bateria. Para aplicações onde a deriva se acumula lentamente (backup leve, ciclos superficiais), uma correção passiva de 100 mA resolve o problema e adiciona o menor custo. Para aplicações onde a deriva se acumula mais rapidamente do que 100 mA podem corrigir (ciclos profundos diários em armazenamento), uma correção ativa de 1 A resolve melhor o problema. Adapte a abordagem de balanceamento ao seu ciclo de trabalho, e não o contrário.

Q2O balanceamento ativo prolonga a vida útil do ciclo?

A vida útil em ciclos é uma propriedade das próprias células, não algo que o balanceamento cria. O balanceamento ativo ajuda a bateria a atingir a vida útil nominal das células, reduzindo o risco de desequilíbrio que possa levar células individuais a operar fora de sua faixa de segurança. As células determinam o limite máximo; o balanceamento ajuda a atingir esse limite máximo, em vez de ser limitado pela célula mais fraca. Dados específicos sobre a vida útil da sua configuração serão discutidos em conjunto com a equipe de engenharia durante a fase de projeto.

Q3Se eu não tiver certeza se meu projeto precisa de voz ativa ou passiva, o que devo fazer?

Forneça ao fornecedor o perfil do seu ciclo de trabalho — profundidade do ciclo diário, ciclos esperados por ano, vida útil desejada, tamanho da bateria e se o sistema atingirá a carga completa regularmente. Um fornecedor que especifica com base nessas informações, em vez de optar pela opção mais cara por padrão, é aquele que deve ser levado a sério. Se você não conseguir uma justificativa para a especificação que esteja relacionada ao seu ciclo de trabalho, esses são os dados que você precisa antes de enviar a solicitação de cotação.

Sobre DALY

A DALY projeta e fabrica sistemas de gerenciamento de baterias de lítio para OEMs, fabricantes de packs e integradores, com produtos utilizados em mais de 130 países. Fundada em 2015, a DALY opera sob os sistemas ISO 9001 / ISO 14001 com conformidade CE e RoHS; a linha de armazenamento de energia possui o status de Componente Reconhecido pela UL (não a certificação completa do sistema UL — a distinção é importante para projetos na América do Norte), com documentação fornecida para dar suporte à certificação em nível de sistema, seja no pack ou no sistema como um todo.

Como especificar o balanceamento ativo para o seu projeto de armazenamento?

Se você está planejando um projeto de armazenamento de energia solar, bateria residencial ou sistema de armazenamento de energia (ESS) para pequenos comércios e deseja especificar o balanceamento corretamente, a equipe de engenharia da DALY pode analisar seu ciclo de trabalho e ajudá-lo a adequar a abordagem do sistema de gerenciamento de bateria (BMS) a ele.

• Compartilhe seu ciclo de trabalho: profundidade do ciclo diário, vida útil esperada, tamanho da embalagem, configuração paralela.
• Solicitar documentação de especificações da 4ª geração LK / LM-B
• E-mail:dalybms@dalyelec.com

Página do produto Active Balanced:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/