При проектировании системы хранения энергии на основе аккумуляторов следует начинать с профиля нагрузки и целей эксплуатации, а не с выбора предпочтительной модели аккумулятора. Надежная конструкция должна соответствовать энергии аккумулятора. PCS Мощность, напряжение, управление, теплоотвод, защита и условия на объекте с учетом потерь эффективности, вспомогательного потребления, деградации и применимых стандартов монтажа.
В этом руководстве объясняется, как разработать обоснованную конструкцию системы хранения энергии на основе аккумуляторных батарей для жилых, коммерческих и промышленных объектов. В нем также показано, где работают упрощенные методы расчета размеров, а где требуется детальное инженерное исследование.
Что такое проектирование систем хранения энергии на основе батарей?
Проектирование систем хранения энергии на основе аккумуляторов определяет, как вся система хранения энергии будет хранить, преобразовывать, контролировать и безопасно передавать электроэнергию. Оно охватывает аккумуляторные элементы, модули и т. д. BMSинвертор или PCS, EMSзащитное оборудование, средства связи, ограждения, теплоизоляция, планировка участка и подключение к зданию, солнечной системе или электросети.
Система хранения энергии на основе батарей, или BESSЭто не просто набор аккумуляторных элементов. Это интегрированная электрическая система, в которой каждый компонент должен оставаться в пределах утвержденных значений напряжения, тока, температуры и параметров связи.
Какая информация необходима перед проектированием системы хранения энергии на основе аккумуляторов?
Проект по созданию системы хранения энергии на основе аккумуляторов должен начинаться с измеренных данных о нагрузке, выработке электроэнергии, тарифах, отключениях и местоположении, а не с выбора предпочтительной модели аккумулятора. Минимальный набор исходных данных включает в себя цель проекта, интервальный профиль нагрузки, требуемую продолжительность резервного питания, пиковую мощность, доступную энергию для зарядки, электрическое подключение, условия установки и применимые нормативные требования.
Планируете проект по хранению энергии в аккумуляторных батареях?
Укажите требуемую мощность, мощность, область применения и модель инвертора. Avepower Это поможет вам оценить подходящую архитектуру батареи, прежде чем вы окончательно определитесь с проектом системы.
Как рассчитать мощность и энергетическую емкость батареи?
Мощность батареи следует рассчитывать исходя из максимальной одновременной потребности в разряде или заряде, а энергию батареи следует рассчитывать исходя из нагрузки, умноженной на продолжительность работы, с поправкой на вспомогательные нагрузки, полезную глубину разряда, эффективность преобразования, расчетный запас и сохранение емкости в конце срока службы.
Мощность и энергия должны рассчитываться отдельно.
- Мощность, измеряемая в кВт, определяет, какую нагрузку система может выдержать в данный момент времени.
- Энергия, измеряемая в kWhопределяет, как долго эта мощность может поддерживаться.
- Продолжительность, измеряемая в часах, приблизительно равна полезной энергии, деленной на отданную мощность.
Простейший расчет энергии выглядит следующим образом:
Требуемая потребляемая энергия = Нагрузка × Время работы
Этот расчет — лишь отправная точка. Более реалистичное уравнение для проектирования выглядит так:
Номинальная энергия батареи = Требуемая подаваемая энергия ÷
(Можно использовать DoD × Эффективность разрядного тракта × Коэффициент использования мощности в конце срока службы)
Где:
- годный к употреблению DoD разрешенная эксплуатация глубина разряда;
- КПД разрядного тракта включает в себя эффективность батареи и PCS потери во время выписки;
- Коэффициент использования мощности по окончании срока службы представляет собой минимальную остаточную мощность, использованную при проектировании;
- Вспомогательные нагрузки и запас прочности при проектировании следует учитывать до применения этих коэффициентов.
Пример расчета оптимальных размеров аккумуляторной батареи.
Коммерческое предприятие хочет снизить потребление электроэнергии из сети на 100 кВт в течение 1.5 часов.
Предполагать:
- Целевой показатель снижения пиковой нагрузки: 100 кВт;
- Вспомогательная нагрузка аккумуляторной системы: 3 кВт;
- Продолжительность работы: 1.5 часа;
- Прогнозируемый и проектный запас: 10%;
- Полезная глубина сброса: 90%;
- Эффективность одностороннего разряда: 94%;
- При проектировании использовалась остаточная мощность по окончании срока службы: 80%.
Сначала рассчитайте необходимую потребляемую энергию:
(100 кВт + 3 кВт) × 1.5 часа × 1.10 = 169.95 kWh
Номинальная мощность на начало срока службы:
169.95 ÷ (0.90 × 0.94) = 200.9 kWh
Необходимая мощность для предоставления тех же услуг при предполагаемом завершении срока службы:
169.95 ÷ (0.90 × 0.94 × 0.80) = 251.1 kWh
Этот пример показывает, почему требование «100 кВт в течение 1.5 часов» не означает автоматически, что требуется 150 кВт. kWh Батарея. Конструкция, основанная только на умножении нагрузки на продолжительность работы, может оказаться недостаточной по мощности более чем в 100 раз. kWh при указанных предположениях.
Эти предположения носят скорее иллюстративный, чем универсальный характер. В окончательных расчетах следует использовать гарантированную емкость выбранной батареи, снижение номинальной мощности при изменении температуры, кривую разряда. PCS Карта эффективности, ограничения уровня заряда и условия гарантии.
Не следует использовать коэффициент эффективности преобразования энергии в оба конца для каждого расчета.
КПД полного цикла полезен при оценке того, сколько приобретенной или солнечной энергии теряется за полный цикл зарядки и разрядки. Однако при расчете времени работы резервного источника питания обычно следует использовать КПД пути разрядки, а не применять полный КПД полного цикла к уже накопленной энергии.
Нужна помощь с выбором размера? BESS?
Избегайте выбора батареи слишком большого или слишком малого размера. PCSОтправьте нам данные о вашей нагрузке, продолжительности резервного питания и выработке солнечной энергии, чтобы мы могли дать рекомендации по выбору системы хранения энергии на основе вашего проекта.
Как должен PCS Какова мощность, которую необходимо обеспечить?
PCS Должна обеспечивать максимальную ожидаемую активную мощность, одновременно удовлетворяя требованиям к реактивной мощности, перегрузке, запуску двигателей, сетевым нормам и зарядке. Соответствие PCS Только при средней нагрузке срабатывание защиты от перегрузки может произойти, даже если батарея содержит достаточное количество накопленной энергии.
предварительный PCS Рейтинг можно выразить следующим образом:
PCS Номинальная активная мощность ≥ Максимальная одновременно поддерживаемая нагрузка + запас системы
В предыдущем примере с мощностью 100 кВт, речь шла о мощности 100 кВт. PCS Может показаться вполне достаточным. Класс 110–125 кВт. PCS Этот параметр может быть более подходящим в случаях значительных вспомогательных нагрузок, реактивной мощности, снижения номинальной мощности из-за температуры или кратковременных колебаний нагрузки. Правильное значение должно быть получено на основе анализа фактической нагрузки и сети.
Avepower таблица размеров инверторов Предоставляет дополнительные рекомендации по согласованию емкости батареи, выходной мощности инвертора и требований к нагрузке.
Какие компоненты должны совпадать в... BESS Дизайн?
Все электрические и управляющие компоненты должны работать во всем диапазоне напряжения, тока и температуры батареи. Соответствие только номинальному напряжению недостаточно, поскольку напряжение батареи изменяется в зависимости от степени заряда, температуры, нагрузки и состояния защиты.
| Компонент | Критические проверки |
|---|---|
| Аккумуляторные элементы и модули | Химический состав, диапазон напряжения, емкость, скорость разряда (C-rate), температура, циклический и календарный срок службы. |
| BMS/BMU/BCU | Отбор проб напряжения и температуры, балансировка, ограничения, сигнализация и управление контакторами. |
| PCS или инвертор | Диапазон постоянного напряжения, непрерывная мощность, импульсные перенапряжения, КПД, сетевой код и режимы управления. |
| Защита от постоянного тока | Ток короткого замыкания, номинальные параметры прерывания, полярность, изоляция и координация. |
| Защита переменного тока | Требования к напряжению, току, уровню короткого замыкания, защите от островного режима и межсетевому соединению. |
| Трансформатор | kVAкоэффициент напряжения, импеданс, потери, гармоники и охлаждение |
| EMS | Логика диспетчеризации, резерв SOC, управление тарифами, ограничение пиковой нагрузки и дистанционное управление |
| Связь | Интерфейс, протокол, распиновка, скорость передачи данных, адресация, встроенное ПО и отказоустойчивое поведение. |
| Тепловая система | Тепловая нагрузка, диапазон температур окружающей среды, расход воздуха или жидкостное охлаждение и вспомогательное питание |
| Ограждение | Степень защиты IP/NEMA, коррозионная стойкость, конденсация, противопожарная защита и доступ. |
| мониторинг | Сотовый телефон, упаковка, PCSсчетчик, сигнализация, история и кибербезопасность |
Соответствие диапазону полного напряжения
PCS Вход постоянного тока должен поддерживать минимальное и максимальное напряжение батареи, а не только номинальное напряжение.
Дизайнерам следует проверить:
- Минимальное напряжение батареи при низком уровне заряда SOC и высокая нагрузка
- Максимальное напряжение заряда
- Поведение напряжения при низких температурах
- Количество последовательно соединенных ячеек
- PCS Пороги запуска и остановки
- Последовательность предварительной зарядки
- Характеристики контакторов постоянного тока и изоляции
Устройства защиты координат
Защитные устройства должны прерывать доступный ток короткого замыкания, не превышая предельных значений, установленных в кабелях, шинах или оборудовании.
Какую архитектуру батарей следует использовать: низковольтную или высоковольтную?
Низковольтные батареи, как правило, проще применять в бытовых и маломощных системах, в то время как высоковольтные архитектуры лучше подходят для коммерческих и промышленных проектов с большей мощностью. Более высокое напряжение снижает ток при той же мощности, но также увеличивает требования к изоляции, изоляции, коммутации и защите от дуговых замыканий.
Электрическая мощность рассчитывается как произведение напряжения на силу тока. Следовательно, увеличение напряжения в системе может уменьшить силу тока, необходимую для передачи той же мощности.
Например:
- При напряжении 51.2 В для выдачи мощности в 100 кВт теоретически потребуется около 1,953 А до учета потерь.
- При напряжении 832 В для выдачи мощности в 100 кВт теоретически потребуется около 120 А до учета потерь.
В высоковольтной системе можно использовать меньший ток, но для этого требуются высоковольтные контакторы, предварительное управление зарядом, контроль изоляции, подходящие разъемы, скоординированная защита и квалифицированный персонал.
| Фактор дизайна | Низковольтная архитектура | Архитектура высокого напряжения |
|---|---|---|
| Типичное применение | Домашние и небольшие коммерческие системы | C&Iмикросети и коммунальные проекты |
| Общее напряжение батареи | Примерно 24–60 В постоянного тока | Сотни вольт постоянного тока |
| Ток при равной мощности | Высокая | Низкая |
| Требования к кабелям | Более крупные проводники при высокой мощности | Проводники меньшего диаметра, несущие ток. |
| Сложность защиты | Более низкий, но все еще критически важный с точки зрения безопасности уровень. | Высокая |
| Метод расширения | Параллельные аккумуляторные модули | Последовательные цепочки и параллельные кластеры |
| PCS выбор | Инвертор низковольтных батарей | Высокое напряжение PCS |
| Экспертиза установки | Жилые или небольшие коммерческие помещения ESS | Проектирование высоковольтных систем |
В руководстве по сравнению высоковольтных и низковольтных батарей представлено более подробное сравнение архитектур.
Планируете проект по созданию системы хранения энергии для жилых, коммерческих или высоковольтных объектов? Предоставьте профиль нагрузки, требуемое время автономной работы, модель инвертора, условия установки и целевой рынок. Avepower для проверки конфигурации и совместимости батарей, соответствующих проекту.
Создайте систему хранения энергии на основе реальных проектных данных.
Avepower поддерживает проекты по хранению энергии в жилых и коммерческих зданиях. LiFePO4 конфигурация батареи, BMS и PCS согласование коммуникаций, дизайн корпуса. OEM/ODM Индивидуальная настройка и техническая документация.
Какой химический состав батарей лучше всего подходит для стационарного хранения энергии?
Литий фосфат железа Химический состав широко используется для стационарных систем хранения энергии, поскольку он обеспечивает оптимальный баланс термической стабильности, циклической стойкости и срока службы системы. Однако одного лишь химического состава недостаточно для гарантии безопасности; качество элементов, механическая конструкция и другие факторы также имеют значение. BMS Ограничения, терморегулирование и тестирование на системном уровне остаются одинаково важными.
При сравнении химических свойств следует учитывать не только номинальную плотность энергии.
| Тип батареи | Главное преимущество | Главное ограничение | Удовлетворяющий требованиям Теплообменник |
|---|---|---|---|
| LFP Литий-ионный | Термическая стабильность и длительный срок службы | Более низкая плотность энергии, чем у некоторых других типов литиевых соединений. | Жилые и C&I диск |
| NMC литий-ионный | Более высокая плотность энергии | Более строгие требования к управлению термобезопасностью | Системы с ограниченным пространством |
| Свинцово-кислотный | Низкие первоначальные затраты и налаженная цепочка поставок | Меньший полезный DoD и более короткий срок службы | Приложения для резервного копирования с низким циклом |
| Натрий-ионный | Снижена зависимость от литиевых материалов. | Доступность новых продуктов и история их эксплуатации на практике. | Отдельные стационарные приложения |
| Проточная батарея | Длительная работа и независимое масштабирование мощности/энергопотребления | Больший размер и более высокая сложность системы. | Долгосрочные стационарные проекты |
Как должна работать батарея? BMS, PCS и EMS Подойдёте друг другу?
Для успешной интеграции необходима электрическая совместимость и проверенная связь в замкнутом контуре. Согласования напряжения и тока недостаточно: BMS и PCS Необходимо правильно указать протокол, распиновку, версию прошивки, рабочие ограничения, сигналы тревоги и режим отказоустойчивости как в нормальных, так и в нештатных условиях.
BMS следует контролировать состояние элементов и аккумуляторных батарей и сообщать безопасные пределы эксплуатации. PCS.
Полезные данные для замкнутого контура обычно включают в себя:
- Обвинение;
- Состояние здоровья;
- Напряжение и ток батареи;
- Температура ячеек и аккумуляторных блоков;
- Ограничение напряжения заряда;
- Ограничение тока зарядки;
- Ограничение тока разряда;
- Разрешение на внесение и снятие платежей;
- Состояние аварийных сигналов и неисправностей;
- Сердцебиение или состояние связи.
A communication Маркировка интерфейса не доказывает совместимость. Оба устройства могут обеспечивать CAN or RS485 порты, но используют разные идентификаторы сообщений, скорости передачи данных, назначения контактов, коэффициенты масштабирования или логику управления.
Перед закупкой необходимо проверить следующие параметры совместимости:
- Диапазон напряжения батареи и PCS Окно постоянного тока;
- Максимальный непрерывный и пиковый ток;
- Протокол связи;
- Распиновка разъема;
- Скорость передачи данных и завершение процесса;
- Адресация батареи и настройки режима "ведущий/ведомый";
- Поддерживаемые версии прошивки;
- Динамическое поведение CCL, DCL и ограничения напряжения;
- Реагирование на утрату связи;
- Утвержденная процедура ввода в эксплуатацию.
Avepower поддерживает список совместимости инверторов Однако также указывается, что окончательную совместимость следует подтвердить, используя точную комбинацию модели батареи, модели инвертора, протокола и прошивки.
В руководстве по обмену данными между батареями в разомкнутом и замкнутом контуре объясняется, почему обмен данными только в режиме мониторинга не может заменить динамическое управление зарядом и разрядом. В нем также представлена пошаговая инструкция по вводу в эксплуатацию, охватывающая порты, профили, распиновку кабеля, адресацию, скорость передачи данных, оконечную нагрузку и встроенное программное обеспечение.
Как следует проектировать системы безопасности и соответствия нормативным требованиям?
Безопасность батарей следует проектировать как многоуровневую скоординированную систему, а не как единый комплекс мер. BMS или огнетушитель. Комплексный подход включает в себя качество ячеек, электрическую защиту, терморегулирование, обнаружение неисправностей, изоляцию, аварийное отключение, анализ пожара и газа, безопасное расстояние, рабочие процедуры и данные соответствующих испытаний на системном уровне.
Разберитесь, что охватывают основные стандарты.
| Стандарт или документ | Главная роль |
|---|---|
| UL 9540 | Оценка безопасности и сертификация всей системы хранения энергии. |
| UL 9540A | Метод испытаний для оценки поведения при тепловом разгоне и распространении огня. |
| NFPA 855 | Требования к установке стационарных систем хранения энергии |
| МЭК 62933-1 | Терминология и общие параметры системы EES |
| IEC 62933-5-1 | Вопросы безопасности, выявление опасностей и снижение рисков. |
| IEC 62933-5-2 | Дополнительные требования к электрохимическим системам хранения энергии |
| IEC TS 62933-2-3 | Оценка эффективности работы объекта после ввода в эксплуатацию. |
| Местные электротехнические и противопожарные нормы | Монтаж, электропроводка, доступ, изоляция, получение разрешений и реагирование на чрезвычайные ситуации. |
Противопожарная защита должна соответствовать указанной системе, анализу опасностей, результатам огневых испытаний, схеме установки и местным нормам.
Выбор стратегии тушения с использованием воды, аэрозоля, чистящего вещества или других средств не должен основываться исключительно на общих характеристиках литиевых батарей. При проектировании необходимо учитывать, является ли целью охлаждение, контроль распространения огня, управление газовым потоком, защита имущества или обеспечение доступа пожарных.
Пример из практики: проектирование системы хранения энергии на основе аккумуляторов.
AvepowerПроект компании в Нидерландах демонстрирует, что для практического проектирования систем хранения энергии на основе батарей необходимы такие параметры, как напряжение, структура блока, ток, компоновка шкафа, связь и т.д. BMS Иерархия, которую необходимо было проектировать совместно. В проекте использовались шесть последовательно соединенных аккумуляторных блоков и один высоковольтный блок. BCU Коробка внутри одного 42U шкафа.
108.5kWh высокое напряжение ESS Проект был разработан для компактного C&I установка, требующая приблизительно 100kWh места для хранения в одном шкафу.
Конфигурация системы
| Параметр | Спецификация проекта |
|---|---|
| Суммарная номинальная энергия | 108.5184kWh |
| Номинальное напряжение | 345.6V DC |
| номинальная мощность | 314Ah |
| Диапазон рабочего напряжения | 270–394.2 В постоянного тока |
| Конфигурация системы | 1P108S |
| Аккумуляторы | 6 |
| Конфигурация пакета | 1P18S |
| Напряжение батареи | 57.6V |
| Энергия упаковки | 18.0864kWh |
| Номинальный ток заряда / разряда | 100A |
| Максимальный непрерывный ток разряда | 200A |
| Коммуникация | CAN |
| Кабинет | Один шкаф высотой 42U |
Номинальную энергию можно проверить напрямую:
345.6 В ×314Ah= 108.5184kWh
на 100A При номинальном токе номинальная мощность постоянного тока составляет приблизительно:
345.6 В ×100A= 34.56 кВт
At 200AМатематически номинальная мощность при напряжении составляет приблизительно 69.12 кВт, однако это не следует интерпретировать как неограниченную непрерывную мощность проекта. Фактическая выходная мощность зависит от указанных условий эксплуатации. PCS ограничения, колебания напряжения, температурные условия и настройки защиты.
Расчетное значение
Главное значение этого решения заключается в разделении проектирования по энергии, напряжению и току.
Проект не начинался и не заканчивался на "108.5".kWhВ нем также было дано определение:
- A PCS-совместимый диапазон рабочего напряжения
- Шесть обслуживаемых аккумуляторных блоков
- BMU и BCU Мониторинг
- CAN communication
- Пределы тока заряда и разряда
- Габариты шкафа
- Защита от перенапряжения, перегрузки по току и перегрева
Для более масштабных проектов Avepower также развернул 693.312kWh шкафообразный высоковольтный ESS с использованием пяти параллельно расположенных шкафов и платформы постоянного тока 441.6 В.
Отдельный 215.04kWh с жидкостным охлаждением C&I Проект суммарная мощность 100 кВт PCS, BMS, EMSУправление тепловым режимом и противопожарная защита в наружном шкафу со степенью защиты IP54, иллюстрирующие более интегрированную коммерческую архитектуру.
Спланируйте свою систему хранения энергии с помощью Avepower
Успешная конструкция системы хранения энергии на основе аккумуляторов – это не самая большая батарея или самый мощный инвертор. Это скоординированная система, в которой емкость, мощность, напряжение, ток, связь, безопасность и стратегия эксплуатации – все это способствует достижению одной и той же цели проекта.
Avepower запас бытовые системы хранения аккумуляторных батарей, коммерческие решения для хранения энергии а также специализированные высоковольтные аккумуляторные батареи для монтажников и дистрибьюторов. EPCs и OEM/ODM бренды систем хранения энергииПоддержка проектов может включать планирование мощностей и платформ напряжения, конфигурацию шкафов и т. д. BMS и BCU интеграция, согласование протоколов инверторов, документация и масштабируемая индивидуальная настройка продукта.
Примечание для инженеров: Данное руководство предназначено для предварительного планирования и оценки поставщиков. Окончательное соответствие электротехническим, конструктивным, противопожарным требованиям, требованиям к электросети и нормативным требованиям должно быть проверено квалифицированными специалистами и соответствующими местными органами власти.
Возьмите под контроль свою энергию с помощью Avepower!
Домашняя солнечная батарея, работающая тихо, экологично и надежно, легко подключается к солнечной электростанции или к электросети, обеспечивая резервное питание для всего дома. Avepower Оптимизируйте системы хранения энергии в соответствии с вашими потребностями, выработкой солнечной энергии и будущим ростом.
FAQ
Первый шаг — определить, какие функции должна выполнять батарея, используя временной профиль нагрузки. Перед выбором батареи, инвертора или корпуса проектировщики должны определить требуемую мощность, продолжительность работы, график диспетчеризации, резервный резерв, ограничения сети и срок службы.
Запись мощности, энергии, SOCТемпература, сигналы тревоги, вспомогательное потребление, доступность и команды управления. Долгосрочные данные позволяют владельцу сравнивать фактическую мощность, эффективность и диспетчеризацию с договорными ожиданиями.
Сначала рассчитайте потребляемую энергию переменного тока, затем разделите ее на допустимую глубину разряда, КПД преобразования и требуемый запас мощности на конец срока службы. Добавьте обоснованный запас на случай неопределенности, дополнительных нагрузок или будущего спроса.
Применимые стандарты различаются в зависимости от рынка. К распространенным источникам относятся UL 9540, UL 9540A, NFPA 855 и серия стандартов IEC 62933, а также местные правила электробезопасности, пожарной безопасности, строительства и подключения к сетям электроснабжения.
При вводе в эксплуатацию необходимо проверить проводку, полярность, изоляцию, защиту, аварийное отключение. BMS и PCS связь, ограничения заряда и разряда, сигналы тревоги, переключение нагрузки, EMS графики, мониторинг, производительность и энергопотребление.
