Kako pametni BMS zaščitijo baterije za shranjevanje energije?

Osnovne varnostne zaščite: preprečevanje prenapetosti, prezasičenja, prekomernega toka in termičnega zaganjanja

Uveljavljanje strogi varnostnih mej z nadzorom napetosti, toka in temperature na ravni posamezne celice v realnem času

Inteligentni sistemi za upravljanje baterij aktivno delujejo, da preprečijo nevarne okvare, tako da neprestano spremljajo delovanje vsake posamezne celice. Ti sistemi določajo precej stroge meje za napetostne ravni, običajno med približno 2,5 V in 4,2 V za litijeve celice, kar pomaga preprečiti težave, ki nastanejo zaradi prekomernega polnjenja ali popolnega izpraznjevanja. Ko skozi sistem teče prevelik tok, se vključi spremljanje v realnem času in napajanje prekine, preden pride do kakršnih koli poškodb. Tudi temperaturni senzorji, ki so neposredno vgrajeni v sistem, avtomatsko izklopijo napravo, če se temperatura dvigne nad določeno mejo, običajno med 45 °C in 60 °C. Vse te zaščitne plasti na ravni celic imajo zelo velik vpliv. Študije kažejo, da takšno spremljanje zmanjša verjetnost toplotnega zbežanja približno za 86 % v primerjavi s sistemi brez takšnih možnosti spremljanja.

Termično spremljanje na več točkah in prilagodljivi sprožilci za hlajenje za zmanjšanje termičnega napetja in tveganja širjenja

Toplotni senzorji, razporejeni po celotnem akumulatorskem paketu, zaznavajo območja, ki postanejo preveč vroča. Če se razlika v temperaturi med sosednjimi celicami poveča za več kot 5 stopinj Celzija, se takoj vklopi sistem za upravljanje akumulatorja (BMS) in sproži posebne metode hlajenja, kot so ventilatorji z nastavljivo hitrostjo ali tekočinske hlajalne naprave. Namen teh pametnih sistemov je preprečiti širjenje pregrevalnih težav po celotnem paketu. Ti pametni sistemi se učijo iz prejšnjih vzorcev temperatur in prilagajajo hitrost svojega odziva. S časom ta pristop zmanjša skupno toplotno poškodbo za približno 70 odstotkov v življenjski dobi akumulatorja, kar pomeni daljšo trajnost zmogljivosti in manj nenadnih odpovedi.

Pametna inteligenca BMS: Napovedna varnost prek IoT, ML in posodobitev prek omrežja (OTA)

Inteligentni sistemi za upravljanje baterij danes spreminjajo način, kako razmišljamo o varnosti, in jo premikajo iz nečesa, kar se zgodi po nastanku težav, v nekaj, kar lahko dejansko napovemo vnaprej. Ti sodobni platforme se povežejo prek tehnologije IoT, uporabljajo algoritme strojnega učenja in omogočajo posodobitve brez fizičnega dostopa. Starejši sistemi so imeli le osnovne meje opozoril, ki so se sprožile ob nastanku težav. Vendar pa ti novi inteligentni sistemi zaznajo morebitne težave že v zgodnji fazi, preden postanejo resni problemi. To je zelo pomembno za velike sisteme za shranjevanje energije, saj lahko če začne en del prekomerno segrevati, to segrevanje preide na celoten sistem in povzroči resno škodo.

Modeli za zaznavanje odstopanj, usposobljeni na podlagi telemetrijskih podatkov flote za zgodnjo identifikacijo napak in napovedovanje odpovedi

Modeli strojnega učenja analizirajo podatke, zbrane iz številnih delujočih celic na različnih lokacijah. Ti modeli spremljajo spremembe napetosti, razlike v temperaturah in tudi to, kako enostavno električna energija teče skozi sistem. Lahko zaznajo zgodnje opozorilne znake težav, kot so npr. majhni električni kratki stiki ali začetno izsuševanje tekočine znotraj celice približno en mesec do enega in pol meseca pred popolnim odpovedovanjem. Glede na industrijska raziskava ta vrsta napovedne sposobnosti zmanjša nepredvideno prekinitev obratovanja za približno 40 % pri velikih namestitvah, saj omogoča tehnikom, da težave odpravijo, preden postanejo večje težave. Možnost napovedovanja odpovedi pomeni, da podjetja porabijo manj časa za hitro reševanje okvar in več časa za zagotavljanje gladkega obratovanja.

Oddaljena diagnostika in posodobitve programske opreme prek omrežja, ki omogočajo razvoj prilagodljive logike zaščite

Posodobitve prek omrežja omogočajo neprekinjeno izboljševanje zaščitnih sistemov brez potrebe po fizičnem dostopu do opreme. Robni moduli zaznavajo nove vrste težav, ki jih prej niso opazili, na primer nenavadne uhajajoče tokove, s katerimi še nismo srečali v naših preskusnih laboratorijih. Ko se to zgodi, lahko inženirji ponoči, ko vsi spijo, posodobijo strojne učne modele na vseh napravah. Posodobitve vključujejo posebne šifrirne potrdilne liste, ki vse tesno zaklenejo, tako da jih nihče ne more spremeniti. To pomaga ohraniti varnostne standarde tudi ob spreminjanju akumulatorjev s časom in vedno zahtevnejših delovnih okoljih.

Uravnavanje celic in termično upravljanje: podaljševanje življenjske dobe in stabilnosti akumulatorja

Razlika med aktivnim in pasivnim uravnavanjem pri ohranjanju dolgoročnega zdravja in namestitvah, optimiziranih glede na skupne življenjske stroške (LCC)

Sistemi za upravljanje baterij (BMS) običajno uporabljajo eno izmed dveh metod uravnavanja napetosti celic: pasivne ali aktivne metode, pri čemer vsaka vpliva na življenjsko dobo baterij, njihovo zmogljivost in končne stroške v času. Pri pasivnem uravnavanju se presežna nabita energija pretvori v toploto prek upornikov. Ta metoda je preprosta in na začetku cenejša, včasih stane približno 60 % manj kot aktivne alternative, vendar zapravlja energijo in povzroča toplotne težave, ki jih je treba nadzorovati. Nasprotno pa aktivno uravnavanje dejansko premakne energijo z ene celice na drugo z uporabo komponent, kot so kondenzatorji ali induktorji. Rezultat? Učinkovitost nad 90 % in zelo majhna količina proizvedene toplote, kar naredi to metodo veliko bolj primerno za aplikacije, kjer je pomembna kontrola temperature.

Pri namestitvah, ki so optimizirane za življenjski cikel stroškov, pasivno uravnavanje še vedno dobro deluje pri manjših sistemih, čim je zagotovljeno učinkovito toplotno upravljanje za odvajanje dodatne toplote. Pri večjih shranjevalnih namestitvah pa se situacija spremeni. Tukaj postane aktivno uravnavanje nujno, saj zmanjša staranje akumulatorjev za približno 22 % zaradi enakomerno porazdeljenih temperatur celic po celotnem paketu. Matematični izračuni se v nekaj letih obratovanja precej pospešijo. Današnji inteligentni sistemi za upravljanje akumulatorjev dejansko samodejno preklopijo med različnimi strategijami uravnavanja glede na trenutne zahteve obremenitve, zunanjo temperaturo in raven naboja. Takšen prilagodljiv pristop pomaga podaljšati življenjsko dobo akumulatorjev ter hkrati zagotavlja finančno smiselnost za obratovalce na dolgi rok, čeprav lahko nekatere konfiguracije za izjemne razmere zahtevajo ročno poseganje.

Natančnost ocenjevanja stanja kot varnostna osnova: SOC, SOH in zaznavanje nenormalnosti

Ocenjevanje stanja s Kalmanovim filtrom izboljšuje občutljivost zaznavanja majhnih nepravilnosti napetosti/temperature

Dobiti natančne meritve tako za stanje polnjenja (SOC) kot tudi za stanje zdravja (SOH) je zelo pomembno za predhodno zagotavljanje varnosti. Sodobni sistemi za upravljanje baterij uporabljajo tako imenovane Kalmanove filtre za obdelavo senzorskih podatkov na izjemno natančni ravni, včasih celo do delov milivolta. To jih naredi znatno bolj učinkovite pri zaznavanju težav že v zgodnjih fazah njihovega pojavljanja, na primer pri majhnih električnih kratek stikih ali zgodnjih znakih razgradnje elektrolita. Preskusi kažejo, da ti napredni sistemi zaznajo težave približno dvakrat hitreje kot starejše metode, ki preprosto spremljajo napetostne meje. Poleg tega ostanejo njihove ocene SOC med obremenitvami večinoma znotraj natančnosti približno 2 %. Kaj se dogaja v ozadju? Ti sistemi neprestano odpravljajo motnje v signalih in posodabljajo svoje napovedi na podlagi dejansko opaženih sprememb. Namesto da bi operaterjem predstavili zmedene surove podatkovne točke, jim predstavijo jasne informacije, ki vzdrževalnim ekipam natančno povejo, kdaj je treba ukrepati – pogosto že dneve ali tedne pred tem, ko bi se sprožile običajne alarmne naprave.

Pogosta vprašanja

Kakšen je namen spremljanja na ravni posamezne celice v realnem času v sistemih za upravljanje baterij?
Spremljanje v realnem času pomaga preprečiti prezaranje, prekomerno razrajanje, prekomerni tok in toplotni zbežnik tako, da neprestano spremlja napetost, tok in temperaturo vsake posamezne celice ter samodejno prilagaja delovanje, da se prepreči poškodba.

Kako delujejo toplotni senzorji v baterijskem paketu?
Zaznavajo tople točke v baterijskem paketu in sprožijo hladilne metode, če razlika v temperaturah med celicami preseže nastavljene meje, kar preprečuje pregrevanje in poškodbe.

Kateri tehnološki napredek omogoča napovedovanje varnostnih težav pred njihovim nastankom v baterijskih sistemih?
Povezava prek IoT-a, modeli strojnega učenja in posodobitve prek brezžične povezave (OTA) omogočajo napovedne varnostne ukrepe z zgodnjim odkrivanjem morebitnih težav, preden postanejo resne.

V čem se aktivne in pasivne metode uravnavanja naboja med celicami razlikujeta?
Aktivno uravnavanje prenaša energijo med celicami za minimalno razprševanje toplote in visoko učinkovitost, medtem ko pasivno uravnavanje razprši odvečni naboj kot toploto, kar zahteva dobro toplotno upravljanje, vendar je na začetku cenejše.