Ako chytrý systém BMS chráni batérie na ukladanie energie?

Základné bezpečnostné ochrany: zabránenie prebitiu, vybitiu, preťaženiu prúdom a tepelnej nestability

Vynucovanie striktných bezpečnostných limít prostredníctvom reálneho monitorovania napätia, prúdu a teploty na úrovni jednotlivých článkov

Inteligentné systémy riadenia batérií intenzívne pracujú na predchádzaní nebezpečným poruchám tým, že nepretržite sledujú výkon každej jednotlivej článku. Tieto systémy stanovujú pomerne prísne limity pre úrovne napätia, zvyčajne medzi približne 2,5 V a 4,2 V pre lithiové iónové články, čo pomáha zabrániť problémom spôsobeným nadmerným nabíjaním alebo úplným vybíjaním. Ak cez systém preteká príliš veľký prúd, aktivuje sa monitorovanie v reálnom čase a napájanie sa vypne skôr, ako by mohlo dôjsť k poškodeniu. Teplotné snímače integrované priamo do systému tiež vypínajú prevádzku v prípade prehriatia, zvyčajne v rozmedzí medzi 45 °C a 60 °C. Všetky tieto vrstvy ochrany na úrovni jednotlivých článkov majú výrazný vplyv. Štúdie ukazujú, že tento druh monitorovania môže znížiť pravdepodobnosť tepelnej nestability približne o 86 % v porovnaní so systémami bez takýchto monitorovacích schopností.

Viackrát umiestnené teplotné snímanie a adaptívne spúšťacie mechanizmy chladenia na zmierňovanie tepelnej záťaže a rizika šírenia

Teplotné senzory rozmiestnené po celom batériovom packu zisťujú oblasti, ktoré sa príliš zohrievajú. Ak sa rozdiel teplôt medzi susednými článkami zvýši nad 5 °C, systém riadenia batérie (BMS) okamžite aktivuje špecifické chladenie, napríklad ventilátory s nastaviteľnou rýchlosťou alebo kvapalinové chladiace systémy. Cieľom je zabrániť šíreniu prehrievacích problémov po celom batériovom packu. Tieto inteligentné systémy sa učia z predchádzajúcich teplotných vzorov a upravujú rýchlosť svojej reakcie. V priebehu životnosti batérie tento prístup zníži celkové tepelné poškodenie približne o 70 percent, čo znamená dlhšie trvanie výkonu a menej neočakávaných porúch.

Inteligentná BMS technológia: prediktívna bezpečnosť prostredníctvom IoT, strojového učenia a aktualizácií cez internet (OTA)

Dnes sa inteligentné systémy riadenia batérií menia spôsob, akým uvažujeme o bezpečnosti – presúvajú ju z niečoho, čo sa deje až po výskyte problémov, na niečo, čo dokážeme predvídať vopred. Tieto moderné platformy sú prepojené prostredníctvom technológií IoT, využívajú algoritmy strojového učenia a umožňujú aktualizácie bez fyzického prístupu. Staršie systémy mali len základné prahy poplachu, ktoré sa aktivovali v prípade vzniku problémov. Avšak tieto nové inteligentné systémy dokážu potenciálne problémy odhaliť v skorom štádiu, ešte predtým, než sa stanú reálnymi poruchami. To je veľmi dôležité pre veľké inštalácie energetických úložísk, pretože ak sa začne prehrievať jedna časť, môže sa to rozšíriť po celom systéme a spôsobiť vážne poškodenie.

Modely detekcie anomálií natrénované na telemetrických dátach flotily na časnú identifikáciu porúch a predikciu zlyhaní

Modely strojového učenia analyzujú údaje zozbierané z množstva funkčných článkov na rôznych lokalitách. Tieto modely sledujú napríklad zmeny napätia, rozdiely teplôt a ľahkosť prechodu elektriny cez systém. Dokážu zaznamenať skoré varovné signály problémov, ako sú napríklad drobné elektrické skraty alebo začínajúce vysychanie kvapaliny vo vnútri, približne o mesiac až mesiac a pol pred tým, než dôjde k úplnému poruchovému stavu. Podľa odvetvového výskumu takýto predvidateľný prístup zníži neočakávané výpadky približne o 40 % pri veľkých inštaláciách, pretože umožňuje technikom opraviť problémy ešte predtým, než sa stanú vážnymi komplikáciami. Schopnosť predpovedať poruchy znamená, že spoločnosti strávia menej času núteným reagovaním na výpadky a viac času udržiavaním hladkého chodu prevádzky.

Diaľková diagnostika a aktualizácie firmvéru cez sieť (OTA), ktoré umožňujú adaptívny vývoj logiky ochrany

Aktualizácie cez sieť umožňujú neustále zlepšovať ochranné systémy bez nutnosti fyzického zásahu do zariadenia. Moduly na okraji siete (edge moduly) odhaľujú nové typy problémov, ktoré sme predtým nezaznamenali, napríklad nezvyčajné úniky prúdu, s ktorými sme sa v našich skúšobných laboratóriách ešte nikdy nestretli. Keď sa takéto situácie vyskytnú, inžinieri môžu počas noci, keď je všetkých v pokoji, nasadiť aktualizované modely strojového učenia na všetky zariadenia. Aktualizácie sú vybavené špeciálnymi šifrovacími certifikátmi, ktoré všetko pevne zabezpečujú a bránia akémukoľvek zásahu zo strany neoprávnených osôb. Toto pomáha udržiavať bezpečnostné štandardy aj v prípade, keď sa batérie postupne menia a pracovné prostredie sa deň za dňom stáva náročnejším.

Vyváženie článkov a termické riadenie: predĺženie životnosti a zvýšenie stability batérií

Kompenzácia aktívneho a pasívneho vyváženia pri dlhodobej ochrane zdravia batérií a nasadeniach optimalizovaných z hľadiska celkových životných nákladov (LCC)

Systémy na správu batérií (BMS) zvyčajne využívajú pri vyvážaní článkov jeden z dvoch prístupov: pasívne alebo aktívne metódy, ktoré ovplyvňujú životnosť batérií, ich výkon a konečné náklady v priebehu času. Pri pasívnom vyvážaní sa nadbytočný náboj premení na teplo prostredníctvom rezistorov. Táto metóda je jednoduchá a počiatočne lacnejšia – niekedy stojí približne o 60 percent menej ako aktívne alternatívy – avšak plýtvá energiou a spôsobuje tepelné problémy, ktoré je potrebné riadiť. Na druhej strane aktívne vyvážanie skutočne presúva energiu z jedného článku do druhého pomocou komponentov, ako sú kondenzátory alebo indukčné cievky. Výsledkom je účinnosť vyššia ako 90 % a veľmi malé množstvo vyprodukovaného tepla, čo robí tento prístup výrazne vhodnejším pre aplikácie, kde je dôležitá kontrola teploty.

Pri posudzovaní nasadení optimalizovaných z hľadiska nákladov na celý životný cyklus pasívne vyváženie stále dobre funguje u menších systémov, pokiaľ je zabezpečené kvalitné tepelné riadenie na odvádzanie nadbytočného tepla. Situácia sa však mení pri väčších úložných inštaláciách. Tu sa aktívne vyváženie stáva nevyhnutným, pretože zníži starnutie batérií približne o 22 % vďaka rovnomernému rozloženiu teplôt jednotlivých článkov v celej batériovej sade. Tieto úspory sa po niekoľkoročnej prevádzke rýchlo sčítajú. Dnešné inteligentné systémy riadenia batérií dokonca automaticky prepínajú medzi rôznymi stratégiami vyvážovania v závislosti od aktuálneho zaťaženia, okolitej teploty a úrovne nabitia (SOC). Tento adaptívny prístup pomáha predĺžiť životnosť batérií a zároveň má dlhodobo aj finančný zmysel pre prevádzkovateľov, hoci pri niektorých konfiguráciách môže byť v extrémnych podmienkach potrebný manuálny zásah.

Presnosť odhadu stavu ako základ bezpečnosti: SOC, SOH a detekcia anomálií

Odhad stavu pomocou Kalmanovho filtra, ktorý zvyšuje citlivosť detekcie jemných napäťových/teplotných nepravidelností

Získavanie presných údajov o stave nabitia (SOC) aj o stave zdravia (SOH) je veľmi dôležité na predchádzanie potenciálnym nebezpečenstvám vopred. Moderné systémy riadenia batérií využívajú takzvané Kalmanove filtre na spracovanie senzorových údajov s mimoriadne vysokou presnosťou, niekedy až na zlomky milivoltu. To im umožňuje výrazne lepšie odhaľovať problémy v ich najrannejšej fáze – napríklad drobné elektrické skraty alebo prvé príznaky rozkladu elektrolytu. Testy ukazujú, že tieto pokročilé systémy dokážu problémy odhaliť približne o dve tretiny skôr v porovnaní so staršími metódami, ktoré sledujú len prahové hodnoty napätia. Navyše počas intenzívneho prevádzkovania sa ich odhady SOC väčšinou udržiavajú v presnosti približne ±2 %. Čo sa deje v pozadí? Tieto systémy neustále odstraňujú rušivé signály a aktualizujú svoje predikcie na základe skutočne prebiehajúcich procesov. Namiesto toho, aby operátorom poskytovali mätúce surové údajové body, poskytujú jasné informácie, ktoré údržbovým tímom presne oznamujú, kedy je potrebné zasiahnuť – často dni alebo týždne pred tým, ako by sa aktivovali bežné poplachové systémy.

Číslo FAQ

Aký je účel monitorovania na úrovni jednotlivých článkov v reálnom čase v systémoch riadenia batérií?
Monitorovanie v reálnom čase pomáha zabrániť prenabíjaniu, prepájaniu, preprúdu a tepelnej nestability tým, že sleduje napätie, prúd a teplotu každého článku a automaticky upravuje prevádzku, aby sa zabránilo poškodeniu.

Ako fungujú tepelné senzory v batériovom packe?
Detekujú horúce miesta v batériovom packe a aktivujú chladenie, ak rozdiel teplôt medzi jednotlivými článkami prekročí nastavené prahy, čím sa zabráni prehriatiu a poškodeniu.

Aké technologické pokroky umožňujú predpovedať bezpečnostné problémy v batériových systémoch ešte pred ich vznikom?
IoT pripojenie, modely strojového učenia a aktualizácie cez sieť (OTA) umožňujú prediktívne bezpečnostné opatrenia tým, že identifikujú potenciálne problémy ešte predtým, než sa stanú závažnými.

Ako sa aktívne a pasívne metódy vyváženia článkov navzájom líšia?
Aktívne vyváženie prenáša energiu medzi článkami za účelom minimálneho rozptýlenia tepla a vysokého účinnosti, zatiaľ čo pasívne vyváženie rozptýli nadbytočný náboj ako teplo, čo vyžaduje dobrú tepelnú správu, avšak je na začiatku lacnejšie.