Лучшие модульные системы хранения энергии не ограничиваются лишь возможностью штабелирования батарей. Они разделяют хранение энергии, защиту, управление и — в некоторых архитектурах — преобразование энергии на повторяющиеся строительные блоки, которые можно масштабировать, изолировать, обслуживать и расширять без перепроектирования всей системы.
Для большинства коммерческих и промышленных проектов правильный процесс проектирования начинается с профиля нагрузки и требуемой мощности в кВт/ч.kWhЗатем определяется напряжение батареи, количество модулей, последовательная/параллельная архитектура. PCS пределы, BMS иерархия, управление тепловым режимом, защита и требования к соответствию стандартам.
Модульность не означает автоматического улучшения. Большее количество модулей также означает больше соединений, предохранителей, контакторов, узлов связи и возможных мест возникновения неисправностей. Модульная конструкция BESS Таким образом, наибольшую ценность продукт приобретает тогда, когда его интерфейсы, философия защиты и стратегия будущего расширения разрабатываются с самого начала.
Что делает систему хранения энергии по-настоящему модульной?
По-настоящему модульная система хранения энергии использует стандартизированные электрические и механические компоненты, которые можно комбинировать без изменения фундаментальной архитектуры системы. Модули должны иметь определенные интерфейсы по напряжению, току, связи, защите и тепловым параметрам, а также BMS, PCS Архитектура корпуса должна обеспечивать безопасную изоляцию и предсказуемое расширение.
Аккумулятор, физически разделённый на блоки, не обязательно является полностью модульным. BESS.
Модульность может существовать на нескольких уровнях:
| Уровень модульности | Типичный строительный блок | Что поддается масштабированию | Основная инженерная проблема |
|---|---|---|---|
| Уровень клетки/модуля | Батарейный модуль | Энергия и напряжение | Подбор клеток, балансировка, защита |
| Уровень стойки/кластера | Стойка высокого напряжения или аккумуляторный блок | Энергоемкость | Последовательное напряжение, параллельное протекание тока, BCU координация |
| Уровень шкафа | Полный батарейный шкаф | Емкость, а иногда и мощность | локализация неисправностей, терморегулирование, параллельное управление |
| Уровень преобразования энергии | модульная PCS/DC-DC преобразователь | Мощность | Синхронизация, эффективность, поведение при сбоях |
| Системный уровень | Аккумулятор + PCS + EMS блок | Энергия и мощь | Контроль за территорией, координация защиты, межсетевое взаимодействие. |
Типичные аккумуляторные модули имеют напряжение приблизительно 48–100 В и емкость 1–10 А. kWh диапазон, стойки или кластеры в диапазоне 700 В–1.5 кВ, а также более крупные батареи, занимающие примерно 50 kWh 2.5 MWh.
До бытовые системы низкого напряженияВ этом случае может подойти модульная батарея, которую можно устанавливать друг на друга или использовать параллельное соединение. Avepowerнапример, публикует наращиваемых LiFePO4 аккумуляторные платформы а также стоечные системы для поэтапного расширения хранилища.
Для большего C&I В проектах обычно предпочтение отдается высоковольтным стойкам, кластерам или шкафам, подключенным к совместимой системе. PCS. AvepowerАвтора портфель решений для хранения энергии в высоковольтных батареях иллюстрирует эту проектно-ориентированную архитектуру.
Какой модульный модульный модуль выбрать? BESS Какой архитектурный стиль выбрать?
Выбор архитектуры основывается на требуемой мощности, полезной энергии , напряжении постоянного тока, условиях установки и стратегии обслуживания, а не только на типе корпуса. Низковольтные параллельные модули подходят для небольших систем, в то время как высоковольтные последовательно соединенные стойки или независимо управляемые шкафы, как правило, более практичны по мере увеличения мощности и емкости проекта.
В проектах модульных систем хранения энергии на основе аккумуляторных батарей неоднократно встречаются четыре практические архитектуры.
| Архитектура | Лучше всего подходит для | Главное преимущество | Основное ограничение |
|---|---|---|---|
| Низковольтные параллельные модули | Жилой сектор, телекоммуникации, небольшие резервные системы | Простое расширение мощности | Очень высокий постоянный ток при большей мощности |
| Высоковольтная последовательная стойка | C&IИБП, солнечная энергия + хранилище | Меньший ток при той же мощности | Повышенные требования к изоляции и безопасности высоковольтных систем. |
| Параллельные высоковольтные кластеры/шкафы | больше C&I и проект ESS | Расширение пропускной способности с помощью кластерной изоляции | Требуется тщательное параллельное подключение тока и BMS координация |
| Модульный преобразователь / распределенный PCS | Передовые приложения для электросетей или научных исследований | Независимое управление модулями и отказоустойчивость | Больше преобразователей, элементов управления, стоимости и сложности. |
Как подобрать оптимальный размер модульной системы хранения энергии?
Начните с измеренного профиля нагрузки , а не с желаемой емкости батареи . Определите требуемую непрерывную и пиковую мощность, продолжительность разряда, полезную энергию, потери эффективности, резервную емкость и ожидаемое снижение производительности; только после этого разделите результат на емкость выбранного модуля или шкафа, чтобы определить необходимое количество модульных блоков.
Полезная последовательность действий на этапе предварительного проектирования выглядит следующим образом:
- Определите пиковую и непрерывную нагрузку в кВт.
- Определите необходимую продолжительность разряда.
- Рассчитайте необходимую энергию переменного тока.
- Учитывайте период полезного использования уровня заряда батареи.
- Учитывайте потери при преобразовании и потери в проводке.
- Добавьте запас прочности на случай деградации или дальнейшего роста.
- Округлите до нужного количества модулей, стоек или шкафов.
- Повторно проверьте ток, напряжение и PCS пределы.
Для проекта, который должен обеспечивать критическую нагрузку в 100 кВт в течение двух часов , базовая потребность в энергии переменного тока составляет:
100 кВт × 2 ч = 200 kWh
Предположим, что предварительный проект исходит из следующих допущений:
- Доступный для использования заряд батареи — 90%;
- Эффективность разрядной цепи составляет 92%;
- Дополнительный запас прочности по срокам эксплуатации/конструкциям составляет 10%.
Номинальная потребность в заряде батареи до округления составляет приблизительно:
200 ÷ (0.90 × 0.92) × 1.10 ≈ 266 kWh
Как выбрать напряжение модуля и последовательное/параллельное соединение?
Последовательное соединение в первую очередь повышает напряжение системы, в то время как параллельное соединение увеличивает емкость в ампер-часах и допустимый ток. Правильная конфигурация — та, которая остается внутри... PCS диапазон напряжения по всему диапазону аккумулятор SOC и температурный диапазон, сохраняя при этом управляемую сложность параллельного распределения тока, защиты и технического обслуживания.
Для LFP В модуле напряжение нельзя рассчитать, исходя только из номинального напряжения. Инженеры должны проверить:
- максимальное напряжение заряда;
- минимально допустимое напряжение разряда;
- PCS минимальное и максимальное входное напряжение постоянного тока;
- Ограничения по работе, связанные с температурой;
- Номинальные параметры контакторов и предохранителей;
- контроль изоляции;
- Напряжение ввода в эксплуатацию и технического обслуживания.
Если один модуль содержит 20 LFP Элементы соединены последовательно, и номинальный потенциал каждого элемента составляет приблизительно 3.2 В:
20 × 3.2 В = 64 В номинальное напряжение модуля
Тринадцать таких блоков, соединенных последовательно, дают следующие результаты:
13 × 64 В = 832 В номинальное напряжение
Добавление второго идентичного блока на 832 В параллельно не удваивает напряжение. Оно удваивает емкость в ампер-часах и увеличивает доступный системный ток.
Где следует BMS, PCS и EMS Система управления в модульной конструкции?
Используйте иерархическое управление: локально отслеживайте состояние ячеек, управляйте стойками или кластерами на уровне аккумуляторной системы и позвольте системе... EMS Координация целей энергоснабжения на уровне объекта. Масштабируемая система. BESS Необходимо и дальше отображать четкое состояние модулей, стоек и систем, чтобы можно было изолировать неисправности, не теряя при этом информации о состоянии остального исправного оборудования.
Типичная высоковольтная архитектура включает в себя:
| Слой | Типичная функция |
|---|---|
| BMU / контроллер модуля | Измерение напряжения и температуры элементов, балансировка. |
| BCU / контроллер стойки | Напряжение/ток в стойке, SOC/SOHконтакторы, изоляция, сигнализация |
| Эталонный BMS | Координация работы нескольких кластеров или шкафов. |
| PCS | Преобразование постоянного тока в переменный и управление активной/реактивной мощностью |
| EMS | Диспетчеризация, сглаживание пиковых нагрузок, интеграция фотоэлектрических систем, оптимизация тарифов, стратегия размещения объектов. |
Коммуникация может включать в себя CAN, RS485В зависимости от оборудования используется Ethernet или TCP/IP.
Реальный случай: Как получилось 522.496 kWh / 832 В Модульный BESS Построено?
AvepowerЛитовский проект демонстрирует практичную модульную архитектуру высоковольтных систем: стандартизированный стандарт 20.096. kWh Упаковки были собраны в кластеры по 13 упаковок, и два идентичных кластера были соединены параллельно, в результате чего получилось 522.496. kWh при номинальном напряжении 832 В, сохраняя при этом разделение системы на удобные модульные блоки, размещенные в шкафах.
Опубликованные технические условия проекта следующие:
| Параметр | Опубликованное значение |
|---|---|
| Общая энергия | 522.496 kWh |
| Номинальное напряжение постоянного тока | 832 V |
| Рабочий диапазон | 628 Ах |
| Постоянный ток | 200 |
| Кабинеты | 4 × 42U |
| Конфигурация пакета | 1P20S |
| Энергия упаковки | 20.096 kWh |
| Упаковок на кластер | 13 |
| Количество кластеров | 2 |
| Коммуникация | CAN / RS485 |
Расчет мощности можно проверить напрямую:
20.096 kWh/упаковка × 13 упаковок/кластер = 261.248 kWh/кластер
Два кластера, работающих параллельно, дают:
261.248 2 × 522.496 = XNUMX XNUMX kWh
Номинальное напряжение также можно восстановить, исходя из конструкции корпуса. Двадцать номинальных напряжений 3.2 В. LFP Клетки, соединенные последовательно, производят приблизительно:
20 × 3.2 В = 64 В
Тогда:
64 В × 13 блоков = 832 В
Смотрите полный 522.5 kWh Литва высоковольтная ESS тематическое исследование для расположения шкафов, архитектуры упаковки и BMS поле.
Avepower Компания также применила другую модульную стратегию в проекте в США: пять шкафов на 441.6 В были соединены параллельно для получения 693.312 kWh, что демонстрирует возможность реализации модульности как на уровне корпуса, так и на уровне комплекта. Посмотреть 693 год kWh НАС ESS , признали
Когда следует использовать модульную конструкцию, а когда нет?
Модульная архитектура применяется в тех случаях, когда рост мощности, удобство обслуживания, транспортные ограничения, резервирование или стандартизация продукции создают измеримую выгоду. Более простая фиксированная архитектура может быть предпочтительнее, когда требуемая мощность никогда не изменится, доступное пространство крайне ограничено или дополнительные интерфейсы и элементы управления создадут больше сложности, чем пользы для эксплуатации.
модульная BESS особенно подходит для:
- поэтапный C&I расширение;
- Проекты, сочетающие солнечную энергетику и системы хранения энергии;
- микросети;
- объекты, ожидающие увеличения нагрузки;
- сайты, где простой обходится дорого;
- OEM/ODM платформы, обслуживающие несколько диапазонов мощности;
- проекты, требующие упрощенной транспортировки и замены.
Оно может стать менее привлекательным, когда:
- Проект очень небольшой;
- Напряжение и мощность системы постоянно фиксированы;
- Каждый дополнительный разъем или контроллер создает неприемлемый риск сбоев;
- Отсутствует возможность проведения технического обслуживания, позволяющего воспользоваться преимуществами модульной замены;
- PCS не может поддерживать предложенную архитектуру расширения.
Создайте модульную конструкцию. BESS Вокруг проекта — а не каталога
Модульная система хранения энергии должна упрощать расширение и техническое обслуживание, не усложняя при этом системы защиты, терморегулирования или управления.
Наиболее надежная конструкция начинается с анализа реальных требований объекта, отдельно проверяется мощность и энергопотребление, выбирается подходящая архитектура постоянного тока, проверяется вся система в целом. PCS операционное окно, конструкции BMS и локализацию неисправностей на каждом уровне, а также подтверждение соответствия требованиям сертификации и монтажа до начала производства.
Avepower поддерживает жилые, высоковольтные и C&I LiFePO4 проекты хранения энергии при проектной конфигурации батареи, BMS/BCU интеграция, дизайн шкафов и OEM/ODM способствовалиВ портфолио компании, опубликованное ею, входят проекты от модульных жилых систем до нескольких сотен объектов.kWh высоковольтные установки.
Если вы планируете новый проект, отправьте профиль нагрузки, требуемую мощность в кВт и требуемые параметры. kWhинвертор/PCS модель, страна-участница проекта, условия на площадке и ожидаемые потребности в расширении AvepowerАвтора Услуги по разработке индивидуальных решений для хранения энергииИнженерная группа может использовать эти данные, чтобы определить, какой вариант является более практичным: стоечная, шкафная или специально разработанная высоковольтная модульная архитектура.
FAQ
Модульный BESS Система хранения энергии разделяет накопители на стандартизированные аккумуляторные модули, стойки или шкафы, которые можно комбинировать для достижения требуемого напряжения, мощности и емкости. Более совершенные системы могут также предусматривать модульную структуру. PCS, преобразование постоянного тока в постоянный и управление системой.
Нет. Физическая модульность не гарантирует масштабируемость на электрическом уровне. Возможности расширения ограничены BMS архитектура, PCS Диапазон напряжения/тока, защитное оборудование, связь, номинальные характеристики шкафов и утвержденные производителем пределы последовательного/параллельного соединения.
Ни один из вариантов не является универсально лучшим. Последовательное соединение повышает напряжение, в то время как параллельное соединение увеличивает емкость в ампер-часах и допустимый ток. Большинство высоковольтных систем BESS Используйте обе концепции на разных уровнях архитектуры.
Только после одобрения производителем процедуры увеличения. Различия в SOCЕмкость, сопротивление, возраст элементов, встроенное программное обеспечение и температурные характеристики могут привести к плохому распределению тока или ускоренной деградации, если новые и старые модули подключаются без надлежащего проектирования.
Воздушное охлаждение проще и может быть достаточным для низких тепловых нагрузок и умеренного климата. Жидкостное охлаждение обеспечивает более высокую равномерность температуры и большую теплоотдачу в системах с высокой плотностью или мощностью. Правильный выбор зависит от тепловых расчетов и условий на объекте.
Они могут быть таковыми, особенно когда резервирование и изоляция неисправностей позволяют удалить вышедший из строя модуль без остановки всей системы. Однако дополнительные разъемы, защитные устройства и узлы управления также могут создавать дополнительные точки отказа, если архитектура спроектирована некачественно.
