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闭环充电的好处

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点击次数:83 更新时间:2024年04月20日09:27:59 打印此页 关闭

在储能系统中,“闭环”是指来自不同制造商的不同组件之间的数字通信和控制。

在电池储能系统 (BESS) 中,电池管理系统 (BMS) 与逆变器充电器共享电池当前的充电状态 (SOC)、电压、电流和电池温度以及所需的充电电压和电流。逆变器充电器使用 BMS 共享的信息来调整其充电设置,从而形成闭环(见下图)。

 

图 1. 闭环通信

相反,“开环”系统是指电池BMS在充电过程中不与逆变器充电器共享信息的充电系统。在开环系统中,您必须使用固定充电参数手动对逆变器充电器进行编程。并可能使用外部工具(例如电池分流器或温度补偿传感器)来为逆变器充电器提供有关电流、电池温度和计算出的电池 SOC 的信息。

 

好处

闭环充电系统具有许多优点。

1)安全

闭环充电通过启用 BMS 中嵌入的功能与充电系统的控制进行交互来支持电池安全。这通常会导致请求停止充电或放电的警报或警告。

 

2) 易于配置

鉴于参数值的自动通信,闭环充电系统的配置比为开环系统配置设置的手动过程要容易得多。

 

3) 充电速度更快

闭环系统可实现动态充电电压请求的通信,从而加快充电过程。比开环充电快 25% 至 40%。

 

4)监控

闭环系统可以让逆变器-充电器监控系统显示准确的电池 SOC 和 BMS 提供的其他参数。

 

电池管理系统 (BMS) 和安全

闭环充电系统中的 BMS 可以与系统中的其他设备进行通信,从而实现安全机制。通常,BMS 在出现过温、欠温、过压或过充电流时会阻止充电。当出现过温、过温、欠压或过放电电流时,BMS 通常还会防止放电。除了欠压情况外,闭环系统中的 BMS 还可以传达问题已解决的信息,并自动恢复放电或充电。

例如,如果锂电池在低于 0 °C (32 °F) 的温度下充电,电池会失去容量,并且其内阻会永久增加,然后最终失效。为了避免低温充电,闭环系统中的 BMS 可以在电池温度低于 0 °C (32 °F) 时终止充电过程,并在电池温度升至阈值以上时重新启动。

Discover 的 AES RACKMOUNT 锂电池中的 BMS 就是一个很好的例子,它被配置为仅在安全温度范围内运行。当电池温度低于 4 °C (39.2 °F) 时,它会停止充电,并且仅在 120 秒后且电池温度达到 4 °C (39.2 °F) 或更高时才恢复充电。Discover 还提供 AES RACKMOUNT 电池型号,该型号配备内部加热功能,使其能够在寒冷的气候下保持运行。

 

配置

闭环系统使 BMS 自动将充电参数传递给逆变器充电器,从而最大限度地减少所需的设置量。

为了实现闭环通信,BMS 必须使用正确的逆变器充电器协议,并通常通过 CAT5 电缆与逆变器充电器进行硬连线。许多电池都预先安装了首选协议。然而,不同逆变器充电器的 CAN High、CAN Low 和 CAN Ground 以及串行电缆信号的接线有所不同。这通常会让安装人员感到困惑,并且需要能够正确压接和安装定制 CAT5 交叉电缆。请务必参阅逆变器充电器文档以获取接线信息。

与电源转换系统进行闭环通信联网的电池还必须考虑多个电池的充电状态,这通常会协调多个逆变器充电器的输出。电池数据如何合并以及逆变器充电器是充当客户端还是服务器都需要进行协调。为此,许多锂电池需要使用电池模块上的 DIP 开关手动设置电池和电源转换设备之间的主从关系。

Discover锂电池系统的一个优势是LYNK II通信网关,它支持Discover锂电池和各种品牌逆变器充电器之间的闭环通信。LYNK II 在逆变器充电器网络和 Discover 锂电池网络之间提供协议网关。

LYNK II 还用于选择逆变器充电器的信号接线要求,因此不需要交叉 CAT5 电缆。在大多数情况下,无需进一步设置,因为 Discover 锂电池会自动管理电池网络。

 

图 2. Discover 锂电池网络和逆变器协议网络之间的 LYNK II。

 

动态充电

除了传达基本电池信息(例如电池容量、电池 SOC 和最大充电参数(电压、电流))外,某些逆变器充电器还支持接收来自电池的动态充电请求。

闭环系统中的动态充电可以比开环系统使用的保守静态充电电压目标通常实现的充电速度更快。具有动态充电固件的锂电池不断向逆变器充电器发送安全但优化的电压和电流

设置。在闭环系统中,逆变器充电器接收这些参数并动态调整充电设置。

通过动态充电,系统自动调整以克服由于电缆和终端电阻造成的电压损失,并在充电周期结束时平衡电池。这导致较长的体相(最大电流)和较短的吸收相。

下图比较了 Discover 锂电池的静态充电和动态充电。

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图 3. Discover 锂电池的开环与闭环充电时间。

 

动态电池平衡

电池单元的平衡减少了电池单元的不均匀老化。

在充电周期结束时,当电池接近 100% SOC 时,BMS 会降低总体充电电流,但会强制电压略微上升,从而使任何偏离最低电压的电池继续安全地吸收电流。

不幸的是,在开环充电系统中,维持高目标平衡充电电压通常会导致单个电池触发电池过压保护,从而过早停止整个电池平衡过程。这会导致电池保持不平衡的平衡周期较短。这会缩短电池的使用寿命。

具有动态平衡功能的 BMS 将目标电压控制在安全范围内,避免过程过早停止。其结果是更长、更彻底的电池平衡过程,从而提供最长的电池使用寿命。

 

结论

BMS 提供安全性,允许电池仅在可接受的限度内运行。BMS 将向闭环系统中的逆变器充电器提供充电参数,从而增强安全性并简化系统配置。一些 BMS 还将在闭环系统中提供快速动态充电和动态电池平衡。

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