Miten älykäs BMS suojaa energiavarastoparistoja?

Ydinturvallisuussuojat: ylikorvausten, liiallisen purkautumisen, liiallisen virran ja lämpöä lähettävän epästabiilisuuden estäminen

Tiukkojen turvallisuusrajojen valvonta reaaliajallisella solutasoisella jännite-, virta- ja lämpötilaseurannalla

Älykkäät akkujen hallintajärjestelmät toimivat kovasti vaarallisten vikojen estämiseksi seuraamalla jatkuvasti jokaisen kenon suorituskykyä. Nämä järjestelmät asettavat melko tiukat rajat jännitetasoille, yleensä noin 2,5–4,2 volttia litiumioni-kenoille, mikä auttaa estämään ongelmia, jotka johtuvat liiallisesta latauksesta tai täydellisestä tyhjentämisestä. Kun järjestelmän läpi kulkee liian suuri virta, reaaliaikainen valvonta aktivoituu ja katkaisee virran ennen kuin mitään vahingoittuu. Järjestelmään integroidut lämpötilantunnistimet sammuttavat myös järjestelmän, jos lämpötila nousee liian korkeaksi, yleensä 45–60 asteen Celsius-asteikolla. Kaikki nämä suojauskerrokset kenotasolla tekevät suuren eron. Tutkimukset osoittavat, että tällainen valvonta voi vähentää termisen karkaamisen todennäköisyyttä noin 86 prosentilla verrattuna järjestelmiin, joissa ei ole vastaavia valvontamahdollisuuksia.

Monipisteinen lämpötilanseuranta ja sopeutuva jäähdytysaktivointi termisen rasituksen ja leviämisen riskin lieventämiseksi

Lämmönsensorit, jotka on sijoitettu koko akkupakettiin, havaitsevat alueet, joissa lämpötila nousee liian korkeaksi. Jos naapurisolujen välillä esiintyy yli viiden asteen Celsius-asteikon lämpötilaero, akkujen hallintajärjestelmä (BMS) aktivoituu lähes välittömästi erityisillä jäähdytysmenetelmillä, kuten säädettävän nopeuden tuulimallilla tai nestejäähdytysjärjestelmällä. Tämän järjestelmän tarkoituksena on estää ylikuumenemisongelmien leviäminen koko akkupakettiin. Nämä älykkäät järjestelmät oppivat aiemmista lämpötilakuvioista ja säätävät vastauksensa nopeutta. Ajan myötä tämä lähestymistapa vähentää kokonaishuonetta noin 70 prosenttia akun elinkaaren aikana, mikä tarkoittaa kestävämpää suorituskykyä ja vähemmän odottamattomia vikoja.

Älykäs BMS-äly: Ennakoiva turvallisuus IoT:n, koneoppimisen ja OTA-päivitysten avulla

Älykkäät akkujen hallintajärjestelmät muuttavat tänä päivänä sitä, miten ajattelemme turvallisuutta: turvallisuus ei enää ole vain jotain, mikä tapahtuu ongelmien jälkeen, vaan jotain, mitä voidaan ennustaa etukäteen. Nämä modernit alustat yhdistyvät IoT-teknologian kautta, käyttävät koneoppimisalgoritmejä ja mahdollistavat päivitykset ilman fyysistä pääsyä. Vanhemmissa järjestelmissä oli vain perusvaroitusrajat, jotka aktivoituin ongelmien ilmetessä. Uusissa älykkäissä järjestelmissä mahdolliset ongelmat kuitenkin havaitaan varhaisessa vaiheessa ennen kuin ne muodostuvat todellisiksi ongelmiksi. Tämä on erityisen tärkeää suurten energiavarastojen asennusten osalta, sillä jos yksi osa alkaa ylikuumenemaan, lämpötilan nousu voi leviää koko järjestelmään aiheuttaen merkittävää vahinkoa.

Poikkeamien tunnistamiseen koulutetut mallit, jotka perustuvat laitteistokokoelman telemetria-aineistoon varhaisen vian tunnistamiseen ja vaurion ennustamiseen

Koneoppimismallit tarkastelevat tietoja, jotka on kerätty monista toimivista soluista eri paikoissa. Nämä mallit seuraavat esimerkiksi jännitteen muutoksia, lämpötilaeroja ja sähkön kulkeutumisen helpoutta järjestelmässä. Ne voivat havaita varhaisia varoitusmerkkejä ongelmista, kuten pieniä sähköisiä oikosulkuja tai siitä, kun sisällä oleva neste alkaa kuivua, noin kuukauden–kuukauden ja puolen kuluttua ennen kuin järjestelmä lopulta pettää kokonaan. Teollisuuden tutkimusten mukaan tämänlainen ennakoiva kyky vähentää odottamatonta käyttökatkoa noin 40 % suurten laitteistojen kohdalla, koska teknikot voivat korjata ongelmat ennen kuin ne kasvavat merkittäviksi. Viaten ennustamisen mahdollisuus tarkoittaa, että yritykset käyttävät vähemmän aikaa hätäkorjauksiin ja enemmän aikaa toiminnan sujuvan jatkumisen varmistamiseen.

Etädiagnostiikka ja ilman kautta tapahtuvat ohjelmistopäivitykset mahdollistavat sopeutuvan suojauslogiikan kehittymisen

Ilman päivitykset mahdollistavat suojajärjestelmien jatkuvan parantamisen ilman, että kenenkään tarvitsee koskea laitteistoa fyysisesti. Reunamoduulit havaitsevat uusia ongelmia, joita ei ole aiemmin havaittu, kuten outoja virtahäviöitä, joita emme ole kohdanneet testauslaboratorioissamme. Kun tämä tapahtuu, insinöörit voivat lähettää uusia koneoppimismalleja kaikkiin laitteisiin yöllä, kun kaikki nukkuvat. Päivitykset sisältävät erityisiä salausvarmenteita, jotka varmistavat, että niitä ei voida muokata kenenkään toimesta. Tämä auttaa ylläpitämään turvallisuusstandardeja myös akkujen muuttuessa ajan myötä ja työympäristöjen tuleessa päivittäin vaativammiksi.

Solujen tasapainotus ja lämmönhallinta: Akkujen käyttöiän ja vakauden pidentäminen

Aktiivisen ja passiivisen tasapainotuksen kompromissit pitkän aikavälin terveyden säilyttämisessä ja elinkaarikustannusten (LCC) optimointiin suunnatuissa käyttöönotoissa

Akunhallintajärjestelmät (BMS) käyttävät yleensä kahdesta solujen tasapainotusmenetelmästä joko passiivista tai aktiivista menetelmää, mikä vaikuttaa akkujen kestoon, suorituskykyyn ja lopullisiin kustannuksiin ajan myötä. Passiivisessa tasapainotuksessa ylimääräinen varaus muutetaan lämmöksi vastuksien avulla. Tämä menetelmä on yksinkertainen ja aluksi halvempi, joskus jopa noin 60 prosenttia edullisempi kuin aktiiviset vaihtoehdot, mutta se hukkaa energiaa ja aiheuttaa lämpöongelmia, joita on hallittava. Toisaalta aktiivinen tasapainotus siirtää energiaa todellisuudessa solusta toiseen komponenttien, kuten kondensaattorien tai induktanssien, avulla. Tuloksena on yli 90 prosentin tehokkuusaste ja hyvin vähän lämmön tuotantoa, mikä tekee tästä menetelmästä paljon paremmin soveltuvan ratkaisun sovelluksiin, joissa lämpötilan hallinta on tärkeää.

Kun tarkastellaan elinkaaren kustannuksia optimoituja asennuksia, passiivinen tasapainotus toimii edelleen hyvin pienemmissä järjestelmissä, kunhan lämmönhallinta on riittävän tehokas lisäkuorman aiheuttaman lämmön käsittelyyn. Tilanne muuttuu kuitenkin suuremmissa varastointiasennuksissa. Aktiivinen tasapainotus on tässä tapauksessa välttämätön, koska se vähentää akun ikääntymistä noin 22 %:lla tasaisempien solujen lämpötilojen ansiosta koko akkupaketissa. Laskelmat tuottavat merkittäviä säästöjä useiden vuosien aikana. Nykyaikaiset älykkäät akkujen hallintajärjestelmät vaihtavat itse asiassa eri tasapainotusstrategioita sen mukaan, mitä juuri nyt tapahtuu kuormitustarpeissa, ympäröivässä lämpötilassa ja varausasteen tasossa. Tällainen sopeutuva lähestymistapa auttaa pidentämään akun käyttöikää ja on pitkällä aikavälillä taloudellisesti kannattava ratkaisu operaattoreille, vaikka joissakin asennuksissa äärimmäisissä olosuhteissa saattaa edelleen tarvita manuaalista puuttumista.

Tilanestimoinnin tarkkuus turvallisuuden perustana: SOC, SOH ja poikkeamien tunnistaminen

Kalman-suodatettu tilanestimointi parantaa havaintoherkkyyttä pienille jännite/lämpötilapoikkeamille

Tarkkojen lukemien saaminen sekä varauksen tilasta (SOC) että terveydentilasta (SOH) on erinomaisen tärkeää turvallisuuden varmistamiseksi etukäteen. Nykyaikaiset akkujen hallintajärjestelmät käyttävät sensoritietojen käsittelyyn niin sanottuja Kalman-suodattimia, joilla voidaan käsitellä tietoja erinomaisen tarkasti, joskus jopa murto-osissa millivolttia. Tämä tekee niistä huomattavasti parempia havaitsemaan ongelmia juuri niiden ilmestyessä, kuten pieniä sähköisiä oikosulkuja tai varhaisia merkkejä siitä, että elektrolyytti saattaa hajota. Testit osoittavat, että nämä edistyneet järjestelmät voivat havaita ongelmia noin kaksi kolmasosaa aiemmin verrattuna vanhempiin menetelmiin, jotka seuraavat ainoastaan jännitteen kynnysarvoja. Lisäksi niiden SOC-arviot pysyvät suurimmalla osalla ajasta noin 2 %:n tarkkuudella myös kovien käyttöjaksojen aikana. Mitä tapahtuu taustalla? Nämä järjestelmät puhdistavat jatkuvasti signaalihäiriöitä ja päivittävät ennusteitaan sen perusteella, mitä todellisuudessa tapahtuu. Sen sijaan, että ne antaisivat käyttäjille sekavia raakadatapisteitä, ne esittävät selkeää tietoa, joka kertoo huoltotiimille tarkalleen, milloin toimenpiteitä on ryhdyttävä toteuttamaan – usein päiviä tai viikkoja ennen kuin tavallisesti käytössä olevat hälytykset edes laukeaisivat.

UKK-osio

Mikä on reaaliaikaisen solutasoisen seurannan tarkoitus akkujen hallintajärjestelmissä?
Reaaliaikainen seuranta auttaa estämään liiallista latausta, liiallista purkua, liiallista virtaa ja lämpöärsytystä seuraamalla jokaisen solun jännitettä, virtaa ja lämpötilaa sekä säätämällä automaattisesti vaurioiden ehkäisemiseksi.

Kuinka lämpösensorit akkupakassa toimivat?
Ne havaitsevat kuumat kohdat akkupakassa ja käynnistävät jäähdytysmenetelmiä, jos solujen välisen lämpötilaeron arvo ylittää asetetut kynnysarvot, mikä estää ylikuumenemista ja vaurioita.

Mitkä teknologiset edistysaskeleet auttavat ennakoimaan turvallisuusongelmia ennen niiden syntymistä akkujärjestelmissä?
IoT-yhteys, koneoppimismallit ja ilman päivitykset mahdollistavat ennakoivan turvallisuuden varmistamisen tunnistamalla mahdollisia ongelmia ennen kuin ne kasvavat merkittäviksi ongelmiksi.

Miten aktiivinen ja passiivinen solutasapainotusmenetelmä eroavat toisistaan?
Aktiivinen tasapainotus siirtää energiaa solujen välillä vähimmäislämmönhäviöllä ja korkealla hyötysuhteella, kun taas passiivinen tasapainotus hajottaa ylimääräisen varauksen lämpönä, mikä edellyttää hyvää lämmönhallintaa, mutta on alun perin halvempi.