مقدمة

نظام تخزين طاقة البطارية هو أكثر من مجرد بطارية متصلة بالعاكس. إنها منصة طاقة منسقة تجمع بين خلايا البطارية وإدارة البطارية وتحويل الطاقة والتحكم في النظام والحماية الكهربائية والتصميم الحراري والاتصالات والمراقبة بحيث يمكن شحن الطاقة المخزنة والاحتفاظ بها وإطلاقها بأمان في ظل ظروف التشغيل المتغيرة.

يعد هذا التمييز مهمًا لأن العديد من مشاريع التخزين تفشل في الوصول إلى أدائها المتوقع ليس لأن كيمياء البطارية غير مناسبة، ولكن لأن النظام الكامل لم يتم تصميمه كبنية واحدة متكاملة. قد تتمتع البطارية بسعة اسمية كافية بينما يحد العاكس من الطاقة القابلة للاستخدام، وقد يحمي نظام إدارة المباني الخلايا بشكل صحيح بينما يكون الاتصال بنظام تحويل الطاقة غير مكتمل، أو قد يعاني النظام الفعال نظريًا من درجات حرارة عالية لأن تصميم العلبة والتبريد لم يتطابق مع التشغيل المستدام.

بالنسبة لمشتري المشاريع ومتكاملي الأنظمة والموزعين وعملاء OEM/ODM، فإن السؤال الصحيح ليس ببساطة مقدار الطاقة التي يمكن لنظام تخزين طاقة البطارية تخزينها. يسأل التقييم الأفضل كيف تعمل البطارية ونظام إدارة المباني والعاكس أو أجهزة الكمبيوتر ومنطق إدارة الطاقة وأجهزة الحماية والنظام الحراري والأحمال المتصلة معًا أثناء التشغيل العادي والطلب المتغير وأحداث النسخ الاحتياطي والظروف غير الطبيعية.

تركز هذه المقالة على هذا المنظور على مستوى النظام. بدلاً من تكرار موضوعات تحديد حجم البطارية الأساسية أو اختيار العاكس الهجين، فإنه يشرح كيفية تفاعل الأنظمة الفرعية الرئيسية لنظام تخزين طاقة البطارية وما يجب التحقق منه قبل أن ينتقل مشروع التخزين من اختيار المكونات إلى التشغيل طويل المدى.

ما هو نظام تخزين طاقة البطارية؟

يقوم نظام تخزين طاقة البطارية، والذي يُختصر عادةً باسم BESS، بتخزين الطاقة الكهربائية في بطاريات قابلة لإعادة الشحن وإطلاقها لاحقًا وفقًا لمتطلبات النظام الكهربائي المتصل.

المفهوم الأوسع ل تخزين الطاقة يشمل التقنيات الميكانيكية والحرارية والكيميائية والكهروكيميائية. يستخدم النظام المعتمد على البطارية التخزين الكهروكيميائي مع التحكم الإلكتروني لأن البطاريات وحدها لا تستطيع إدارة مسار الطاقة الكامل بأمان أو بذكاء.

يحتوي BESS العملي عادةً على وحدات أو حزم البطاريات، ونظام إدارة البطارية، ومعدات تحويل الطاقة، والتوزيع والحماية الكهربائية، وواجهات الاتصالات، والمراقبة، وبعض أشكال التحكم عالي المستوى.

اعتمادًا على بنية المنتج، قد يتم فصل هذه الأنظمة الفرعية عبر عدة حاويات أو دمجها في منصة الكل في واحد.

TWJ الذكية نظام تخزين الطاقة الكل في واحد يجمع بين تخزين LiFePO4، والعاكس المتكامل، والشحن الكهروضوئي MPPT، واتصالات BMS، ووظائف الحماية داخل منصة واحدة. تسرد معلومات المنتج الحالية أيضًا واجهات اتصال RS485 وCAN وUSB جنبًا إلى جنب مع سعات البطارية المتعددة، مما يوضح كيف يدمج BESS الحديث التخزين والتحكم بدلاً من التعامل مع البطارية كمكون مستقل.

يحتوي BESS على ثلاث طبقات أساسية: الطاقة والطاقة والتحكم

إحدى الطرق المفيدة لفهم نظام تخزين طاقة البطارية هي فصله إلى ثلاث طبقات وظيفية.

الأول هو طبقة الطاقة. وهذا يشمل خلايا البطارية والوحدات التي تخزن الطاقة الكهربائية فعليًا. تؤثر كيمياء البطارية، والسعة، وحالة الشحن، ودرجة حرارة التشغيل، واتساق الخلية على مقدار الطاقة القابلة للاستخدام المتوفرة.

والثاني هو طبقة الطاقة. يتضمن ذلك العاكس أو نظام تحويل الطاقة الذي يتحكم في كيفية تحرك الطاقة بين البطارية والنظام الكهربائي للتيار المتردد أو المستمر. فهو يحدد مقدار الطاقة التي يمكن توصيلها أو امتصاصها في لحظة معينة.

والثالث هو طبقة التحكم. يقرر نظام إدارة المباني وبرامج إدارة الطاقة ونظام الاتصالات ومنطق الحماية ووظائف المراقبة كيفية عمل طبقات الطاقة والطاقة.

لا يمكن تقييم هذه الطبقات بشكل منفصل.

تقوم بطارية كبيرة متصلة بعاكس منخفض الطاقة بتخزين طاقة كبيرة ولكن لا يمكنها تحريرها بسرعة. لا يمكن للعاكس القوي المتصل ببطارية ذات حدود تيار تفريغ مقيدة استخدام خرجها الكامل. قد تظل البطارية والعاكس القادران تقنيًا يتصرفان بشكل سيئ إذا كانت استراتيجية الاتصال والتحكم بينهما غير مكتملة.

يبدأ تصميم BESS الجيد بمطابقة الطبقات الثلاث.

لا ينبغي أبدًا التعامل مع السعة والقوة بنفس المواصفات

أحد الأخطاء الأكثر شيوعًا في تخطيط التخزين هو التعامل مع الكيلووات/ساعة والكيلووات على أنها قابلة للتبديل.

يتم قياس سعة البطارية بالكيلووات/ساعة وتمثل كمية الطاقة التي يمكن تخزينها. يتم قياس طاقة النظام بالكيلووات ويصف مدى سرعة توصيل الطاقة أو امتصاصها.

وبالتالي قد يتمتع نظام تخزين طاقة البطارية بسعة تخزين كبيرة بينما يدعم طاقة خرج معتدلة فقط. قد يوفر نظام آخر طاقة عالية ولكنه يحتوي على طاقة مخزنة قليلة نسبيًا.

يمكن أن يكون كلا التكوينين صحيحين من الناحية الفنية اعتمادًا على التطبيق.

قد يتطلب تطبيق النسخ الاحتياطي سعة كافية لتشغيل الأحمال الأساسية لعدة ساعات. قد يعطي النظام المصمم لدعم الطاقة العالية قصير الأمد الأولوية لإخراج العاكس وقدرة تفريغ البطارية بدلاً من ذلك.

تحتاج البطارية أيضًا إلى دعم التيار المرتبط بمستوى الطاقة المحدد. إذا طلب العاكس تيار تفريغ أكبر مما تسمح به البطارية أو نظام إدارة المباني، فسيكون الإخراج الفعلي أقل من التصنيف الاسمي للعاكس.

ولذلك يجب أن يأخذ حجم النظام في الاعتبار الطاقة المطلوبة ووقت التشغيل المطلوب بشكل منفصل قبل دمجهما في بنية واحدة.

نظام إدارة البطارية يحمي أكثر من الخلايا

غالبًا ما يوصف نظام إدارة المباني بأنه المكون الذي يحمي البطارية من الشحن الزائد والتفريغ الزائد. هذا صحيح، ولكنه غير مكتمل.

في نظام تخزين طاقة البطارية الحديث، يعمل نظام إدارة المباني أيضًا كمصدر معلومات لبقية النظام الأساسي.

يمكنه مراقبة جهد الخلية الفردية، وجهد الحزمة، والتيار، ودرجة الحرارة، وحالة الشحن، وظروف الخطأ، وعدم توازن الخلية. وقد يقوم بعد ذلك بتوصيل حدود الشحن والتفريغ المسموح بها إلى العاكس أو وحدة تحكم النظام.

وهذا مهم لأن قدرة البطارية تتغير أثناء التشغيل.

عندما تكون البطارية باردة أو ساخنة أو ممتلئة تقريبًا أو على وشك التفريغ أو تعاني من حالة غير طبيعية، فقد يختلف تيار الشحن أو التفريغ المقبول عن المعتاد.

يمكن لـ BESS الذي يتلقى هذه المعلومات ضبط سلوكه ديناميكيًا بدلاً من الاعتماد فقط على عتبة الجهد الثابت.

وهذا مهم بشكل خاص مع أنظمة بطاريات الليثيوم، حيث يستفيد التحكم الدقيق من الاتصال بين نظام إدارة المباني ومعدات تحويل الطاقة.

ولذلك ينبغي النظر إلى نظام إدارة المباني كجزء من بنية التحكم في النظام وليس كلوحة أمان مستقلة مخبأة داخل حاوية البطارية.

يؤثر اتساق الخلية على سعة النظام القابلة للاستخدام

عادةً ما يتم تقديم سعة البطارية كرقم واحد على مستوى الحزمة، لكن حزمة البطارية تحتوي على العديد من الخلايا الفردية التي تعمل معًا.

هذه الخلايا ليست متطابقة تماما.

يمكن أن تصبح الاختلافات الصغيرة في السعة والمقاومة الداخلية وسلوك التفريغ الذاتي والاستجابة لدرجة الحرارة أكثر وضوحًا بعد التدوير المتكرر.

في سلسلة البطارية المتصلة بسلسلة، يمكن أن يكون النطاق القابل للاستخدام محدودًا بالخلية التي تصل إلى حدود الجهد العلوي أو السفلي أولاً. وهذا يعني أن خلية واحدة ضعيفة أو ضعيفة التوازن يمكن أن تؤثر على الطاقة القابلة للاستخدام للوحدة بأكملها.

ولذلك فإن اتساق الخلية مهم ليس فقط أثناء التصنيع الأولي ولكن طوال تشغيل النظام.

يمكن أن يساعد نظام إدارة المباني من خلال المراقبة والموازنة، لكن المطابقة الجيدة للخلايا وجودة التجميع تظل أسسًا مهمة.

بالنسبة لمشتري BESS، يعد هذا أحد الأسباب التي تجعل السعة على مستوى العبوة وحدها لا تصف الجودة على المدى الطويل. تساهم مصادر الخلايا، والفرز، وتصميم BMS، وبناء الوحدات، والاتساق الحراري، والتحكم في التصنيع في الحصول على طاقة حقيقية قابلة للاستخدام بمرور الوقت.

يحدد تحويل الطاقة كيفية وصول الطاقة المخزنة إلى الحمل

تقوم البطارية بتخزين طاقة التيار المستمر، ولكن العديد من الأحمال المتصلة تعمل بطاقة التيار المتردد. ولذلك يحتاج نظام تخزين طاقة البطارية إلى معدات تحويل الطاقة لإدارة تدفق الطاقة.

في العديد من أنظمة التخزين المتكاملة، يقوم العاكس بهذه المهمة. قد تشير الأنظمة الأكبر حجمًا أو الأكثر تخصصًا إلى المحول ثنائي الاتجاه باسم نظام تحويل الطاقة، أو PCS.

الوظيفة متشابهة من الناحية المفاهيمية: يتم تحويل طاقة التيار المستمر المخزنة إلى خرج تيار متردد يتم التحكم فيه أثناء التفريغ، بينما يتم تحويل الطاقة الكهربائية بشكل مناسب لشحن البطارية.

تحدد مرحلة تحويل الطاقة الخرج المستمر، وقدرة الذروة، وتنظيم الجهد، وجودة شكل الموجة، وكفاءة التحويل، وسلوك النقل.

كما أنه يؤثر على كيفية تفاعل النظام عندما يتغير الطلب على الطاقة بسرعة.

لا يزال بإمكان BESS المزود بخلايا بطارية ممتازة توفير أداء تحميل ضعيف إذا كانت مرحلة تحويل الطاقة الخاصة به صغيرة الحجم أو غير مستقرة.

ولهذا السبب يجب تحديد سعة البطارية والعاكس أو طاقة PCS كزوج منسق بدلاً من تحديدها بشكل مستقل.

تقوم شركة BESS Communication بإنشاء نظام منسق

الاتصال هو ما يسمح لمكونات التخزين المنفصلة بالتصرف كنظام واحد.

يحتاج نظام إدارة المباني إلى توصيل حالة البطارية إلى العاكس. قد يقوم العاكس بتوصيل معلومات التشغيل إلى وحدة تحكم إدارة الطاقة. قد يقوم برنامج المراقبة بجمع البيانات من كليهما. قد تساهم العدادات الخارجية أو المعدات الكهروضوئية بمعلومات إضافية اعتمادًا على البنية.

تُستخدم بروتوكولات مثل CAN وRS485 بشكل شائع لهذا النوع من الاتصالات من جهاز إلى جهاز.

تدعم منصة التخزين المتكاملة الخاصة بـ TWJ حاليًا اتصالات RS485 وCAN لاتصال BMS، مما يعكس أهمية التنسيق الرقمي بين طبقات البطارية والعاكس.

تؤثر جودة الاتصال على كل من الأداء والتشخيص.

إذا كان العاكس يعرف حالة الشحن الفعلية للبطارية والتيار المسموح به، فيمكنه اتخاذ قرارات أفضل للشحن والتفريغ. إذا سجل النظام أحداث درجة الحرارة والتيار والجهد والخطأ، فيمكن للفنيين التحقق من السلوك غير الطبيعي بشكل أكثر كفاءة.

قد يستمر نظام تخزين طاقة البطارية الذي لا يحتوي على اتصالات موثوقة في تخزين الطاقة، ولكن لديه معلومات أقل متاحة للتشغيل الذكي.

لماذا تختلف إدارة الطاقة عن إدارة البطارية

يرتبط نظام إدارة المباني ونظام إدارة الطاقة ببعضهما البعض ولكنهما يؤديان أدوارًا مختلفة.

يركز نظام إدارة المباني بشكل أساسي على صحة البطارية وحدود التشغيل وظروف الخلية وحماية العبوة.

تنظر طبقة إدارة الطاقة إلى النظام الأوسع.

وقد تأخذ في الاعتبار توليد الطاقة الكهروضوئية، والطلب على الحمل، وحالة شحن البطارية، والاحتياطي الاحتياطي، وأولويات الشحن، ومصادر الطاقة الأخرى المتاحة قبل تحديد المكان الذي يجب أن تتدفق فيه الطاقة.

على سبيل المثال، قد يُبلغ نظام إدارة المباني أن البطارية يمكن أن تفرغ بأمان عند تيار معين. ثم يقرر نظام إدارة الطاقة ما إذا كان ينبغي تفريغها فعليًا في تلك اللحظة.

وهذا التمييز مهم.

التشغيل الآمن والتشغيل الأمثل ليسا نفس الشيء.

قد تكون البطارية قادرة تقنيًا على التفريغ، لكن استراتيجية التحكم قد تحافظ على طاقتها المخزنة للنسخ الاحتياطي لاحقًا. وبالمثل، قد يكون قادرًا على الشحن، لكن النظام قد يؤخر الشحن وفقًا لتوليد الطاقة الكهروضوئية المتاحة أو أولوية أخرى محددة.

يحتاج نظام تخزين طاقة البطارية الناضج إلى حماية على مستوى البطارية واتخاذ القرارات على مستوى النظام.

تؤثر الإدارة الحرارية على الأداء والشيخوخة

تنتج أنظمة البطاريات الحرارة أثناء الشحن والتفريغ لأن الخلايا وقضبان التوصيل والتوصيلات الكهربائية وإلكترونيات الطاقة والموصلات الداخلية تتمتع جميعها بمقاومة كهربائية.

تؤثر درجة الحرارة أيضًا على البطارية نفسها.

يمكن للحرارة المفرطة أن تسرع التدهور، في حين أن درجات الحرارة المنخفضة جدًا يمكن أن تقلل الطاقة المتاحة وتغير سلوك الشحن. يمكن أن تؤدي درجة الحرارة غير المتساوية عبر حزمة البطارية أيضًا إلى تقدم الخلايا في العمر بشكل مختلف.

ولذلك فإن التصميم الحراري له هدفان: الحفاظ على النظام داخل نطاق تشغيل مناسب وتقليل الاختلافات في درجات الحرارة بين الخلايا أو الوحدات.

قد يشمل ذلك تهوية العلبة، أو التصميم الحراري السلبي، أو تبريد الهواء القسري، أو أجهزة استشعار درجة الحرارة، أو موزعات الحرارة، أو طرق أخرى اعتمادًا على حجم النظام وبنيته.

تحتاج معدات تحويل الطاقة أيضًا إلى اعتبار حراري لأن فقدان العاكس يخلق حرارة إضافية.

بالنسبة لنظام تخزين طاقة البطارية المتكامل، يجب النظر إلى حرارة البطارية والعاكس معًا وليس بشكل مستقل.

لا يكون الغلاف المدمج مفيدًا إلا إذا كان لا يزال يوفر هامشًا حراريًا كافيًا أثناء الشحن والتفريغ المستمر.

يجب أن تعمل الحماية الكهربائية في طبقات

يتعامل BESS مع قدر كبير من الطاقة الكهربائية المخزنة، لذلك لا يمكن أن تعتمد الحماية على جهاز واحد أو قرار برمجي واحد.

تعالج الطبقات المختلفة للنظام ظروفًا غير طبيعية مختلفة.

تراقب الحماية على مستوى البطارية جهد الخلية وجهد العبوة والتيار ودرجة الحرارة. يمكن للصمامات أو حماية الدائرة أن تقاطع تيار العطل الزائد. يدير العاكس أو PCS ظروف الإخراج والتحويل غير الطبيعية. قد توفر الأجهزة على مستوى النظام العزل وحماية التيار الزائد ووظائف الفصل وغيرها من الضمانات.

أهم مبدأ في التصميم هو التنسيق.

إذا حدد نظام إدارة المباني حالة تتطلب إيقاف الشحن، فيجب أن يستجيب نظام تحويل الطاقة بشكل مناسب. إذا كان هناك خطأ جسيم يتطلب عزلًا كهربائيًا، فإن الجهاز يحتاج إلى مسار محدد لفصل القسم المتأثر.

لا ينبغي استخدام تحذيرات البرامج كبدائل للحماية الكهربائية المناسبة.

بالنسبة لمشتري المشروع، تعد القائمة الطويلة من ميزات الحماية أقل فائدة من فهم النظام الفرعي الذي يكتشف كل حالة، والإجراء الذي يتبعه، وما إذا كانت الاستجابة الشاملة منسقة.

لمحة سريعة عن مكونات نظام تخزين طاقة البطارية

تؤثر أنظمة BESS الفرعية الرئيسية على بعضها البعض، ولهذا السبب يمكن أن يؤدي الشراء مكونًا تلو الآخر إلى خلق مشكلات تكامل إذا لم يتم تحديد متطلبات النظام أولاً.

يوضح الجدول سبب عدم إمكانية تقييم نظام تخزين طاقة البطارية من خلال سعة البطارية وحدها. يعتمد الأداء القابل للاستخدام للنظام النهائي على كيفية دعم كل طبقة للطبقات الأخرى.

عمق التفريغ هو قرار التحكم في النظام

يشير عمق التفريغ إلى مقدار السعة المخزنة للبطارية المسموح باستخدامها قبل توقف التفريغ.

يوفر العمق الأكبر القابل للاستخدام المزيد من الطاقة من نفس البطارية الاسمية، لكن الإعداد الأمثل يعتمد على كيمياء البطارية وحدود الشركة المصنعة ومتطلبات الدورة واستراتيجية التشغيل.

يحدد منتج تخزين الطاقة المتكامل الحالي الخاص بـ TWJ عمق تفريغ يصل إلى 95% لتكوين بطارية LiFePO4. وهذا يوفر مثالاً لكيفية تحديد تصميم النظام للعلاقة بين السعة الاسمية والقابلة للاستخدام.

ومع ذلك، لا يلزم بالضرورة استخدام الحد الأقصى للعمق المسموح به خلال كل دورة.

قد يحافظ النظام المصمم للنسخ الاحتياطي على الاحتياطي عمدًا. قد يستخدم نظام آخر يركز على تحويل الطاقة الشمسية يوميًا نسبة أكبر من السعة المتاحة.

ولذلك ينبغي لاستراتيجية التحكم BESS أن تميز بين القدرة القابلة للاستخدام تقنيًا والقدرة المتاحة استراتيجيًا.

وهذا يوفر مرونة أكبر من التعامل مع البطارية على أنها ممتلئة تمامًا أو فارغة تمامًا.

تعتمد الطاقة الاحتياطية على الطاقة والطاقة معًا

تتم مناقشة أداء النسخ الاحتياطي بشكل متكرر من حيث سعة البطارية، ولكن السعة وحدها لا تحدد الأحمال التي يمكن تشغيلها.

يجب أن يوفر العاكس طاقة كافية للأحمال المتصلة أثناء النسخ الاحتياطي.

قد تحتوي البطارية على طاقة كافية لتشغيل النظام لعدة ساعات، ولكن لا يزال من الممكن إيقاف تشغيل النظام إذا كانت عدة أحمال تتطلب طاقة لحظية أكثر مما يستطيع العاكس توصيله.

يستحق تيار بدء التشغيل اهتمامًا خاصًا لأن المحركات والمضخات والضواغط والمعدات المماثلة يمكن أن تتطلب زيادة مؤقتة أعلى من قوة التشغيل العادية.

ولذلك يجب أن يحدد التصميم الاحتياطي الأحمال الأساسية، والطلب المستمر على الطاقة، وذروة الطلب المتوقعة، ومدة الدعم المطلوبة.

يجب أيضًا أن يتوافق النقل من الإمداد العادي إلى الطاقة المخزنة مع حساسية المعدات المتصلة.

يحدد منتج تخزين الطاقة الكل في واحد الحالي من TWJ وقت تبديل يبلغ حوالي 10 مللي ثانية، مما يوضح سبب كون سلوك النقل جزءًا من أداء النظام الكامل بدلاً من مجرد أداء البطارية.

التكامل الشمسي يغير كيفية عمل BESS

عندما يتم توصيل توليد الطاقة الكهروضوئية بنظام تخزين طاقة البطارية، يصبح نظام التخزين جزءًا من شبكة تدفق الطاقة الديناميكية.

خلال فترات التوليد القوي، يمكن للطاقة الكهروضوئية توفير الأحمال مباشرة بينما تقوم الطاقة الزائدة بشحن البطارية. وفي وقت لاحق، يمكن للطاقة المخزنة أن تدعم الأحمال عندما ينخفض إنتاج الطاقة الشمسية.

يحتاج نظام التحكم إلى تحديد كيفية تحديد أولويات مسارات الطاقة هذه.

يتطلب BESS المتكامل مع الخلايا الكهروضوئية أيضًا جهد دخل كهروضوئي متوافق، وخصائص MPPT، وحدود الشحن، وسعة البطارية.

إذا كانت البطارية صغيرة جدًا مقارنة بالتوليد الفائض المتكرر، فقد تصبح مشحونة بالكامل مبكرًا ولن تكون قادرة على امتصاص طاقة إضافية. وإذا كانت كبيرة بشكل غير ضروري مقارنة بالإنتاج الكهروضوئي المتاح، فقد تظل الكثير من السعة غير مستخدمة.

ولهذا السبب يجب تحليل حجم المصفوفة الشمسية والحمل النهاري النموذجي والطلب على الطاقة المسائية وسعة البطارية معًا.

تجمع منصة التخزين المتكاملة الخاصة بـ TWJ بين الإدخال الكهروضوئي وشحن MPPT وبطاريات LiFePO4 وإخراج العاكس واتصالات BMS في بنية واحدة، مما يوفر مثالًا عمليًا لهذا التكامل على مستوى النظام.

ينبغي تقييم كفاءة النظام عبر مسار الطاقة بأكمله

كفاءة البطارية وحدها لا تصف كفاءة BESS الكاملة.

قد تمر الطاقة بعدة مراحل تحويل قبل الوصول إلى الحمل. يمكن تحويل الطاقة الكهروضوئية لشحن البطارية، وتخزينها كهروكيميائيًا، ثم تحويلها لاحقًا مرة أخرى إلى مخرج تيار متردد.

كل مرحلة تقدم بعض الخسارة.

يعاني العاكس من خسائر في التحويل، وخلايا البطارية تعاني من خسائر في الشحن والتفريغ، وتخلق الأسلاك خسارة مقاومة، وتستهلك الأجهزة المساعدة الطاقة للاتصالات والتحكم وشاشات العرض والتبريد والتشغيل الاحتياطي.

لهذا السبب، فإن تحليل الكفاءة الأكثر فائدة ينظر إلى مسار الطاقة الكامل بدلاً من ذروة كفاءة مكون واحد.

عملية التحميل الجزئي مهمة أيضًا.

قد يقضي نظام التخزين وقتًا طويلاً في دعم الأحمال الصغيرة نسبيًا، لذا فإن الكفاءة عند الطاقة المتوسطة أو المنخفضة يمكن أن تؤثر على الأداء الإجمالي على مدى فترات طويلة.

تسرد TWJ كفاءة تحويل إجمالية لا تقل عن 98% لمنتج البطارية العاكسة الكل في واحد الحالي في ظل ظروفها المحددة، لكن كفاءة النظام الحقيقية لا تزال تعتمد على مسار التشغيل الفعلي ومستوى التحميل وسلوك تفريغ الشحن.

لماذا يجب أن يركز الرصد على الاتجاهات، وليس فقط البيانات الحية

تعد المراقبة في الوقت الفعلي مفيدة، لكن الاتجاهات التاريخية غالبًا ما توفر قيمة تشخيصية أكبر.

يقوم نظام تخزين طاقة البطارية بإنشاء معلومات تشغيل يمكنها الكشف عن التغييرات التدريجية قبل حدوث خطأ خطير.

إذا كانت إحدى وحدات البطارية تعمل باستمرار بشكل أكثر دفئًا من غيرها، فقد يحتاج التوازن الحراري إلى التحقيق. إذا بدا أن السعة القابلة للاستخدام تنخفض بشكل أسرع من المتوقع، فقد تستحق حالة البطارية أو استراتيجية التشغيل المراجعة. إذا توقف الشحن بانتظام قبل حالة الشحن المتوقعة، فقد تكون هناك حدود للاتصالات أو أحداث حماية.

تساعد بيانات الاتجاه على تمييز حدث لمرة واحدة عن النمط المتكرر.

يمكن أن تتضمن المعلومات المفيدة حالة الشحن، وجهد البطارية، ودرجة حرارة الوحدة، وطاقة الشحن، وطاقة التفريغ، ودرجة حرارة العاكس، وسجل الأخطاء، ووضع التشغيل.

بالنسبة لمنتجات OEM، يمكن أن تساعد البيانات التشخيصية أيضًا الشركات المصنعة على تحسين مراجعات الأجهزة أو البرامج الثابتة اللاحقة من خلال تحديد السلوك الميداني المتكرر.

ولذلك ينبغي تصميم المراقبة كأداة هندسية، وليس مجرد لوحة معلومات مرئية.

يمكن لبنية BESS المعيارية تحسين قابلية التوسعة

يمكن أن تتغير متطلبات الطاقة بمرور الوقت.

يوفر نظام تخزين طاقة البطارية المعياري مسارًا محتملاً للتوسع من خلال السماح بزيادة سعة التخزين، وأحيانًا سعة الطاقة، من خلال وحدات إضافية متوافقة.

يمكن أن يكون هذا مفيدًا عندما يحتاج التثبيت الأصلي إلى دعم الطلب الحالي مع الحفاظ على مساحة للنمو المستقبلي.

ومع ذلك، فإن النمطية لها حدود فنية.

تحتاج وحدات البطارية الإضافية إلى جهد واتصالات وتنسيق BMS وسلوك مشاركة التيار والأسلاك والحماية المتوافقة. زيادة سعة التخزين لا تؤدي تلقائيًا إلى زيادة طاقة العاكس.

وبالمثل، قد تتطلب زيادة طاقة العاكس قدرة إضافية على تفريغ البطارية وبنية تحتية كهربائية.

ولذلك ينبغي تصميم التوسع في بنية النظام بدلاً من افتراضه ببساطة لأنه يمكن توصيل الوحدات المادية.

يحدد النظام المعياري المخطط جيدًا كيفية التعرف على السعة الإضافية وتوازنها وحمايتها والتحكم فيها.

يجب أن يتحقق التشغيل من صحة مسار الطاقة الكامل

لا ينبغي اعتبار نظام تخزين طاقة البطارية قيد التشغيل بالكامل لأن البطارية تشحن والعاكس ينتجان مخرجات.

يحتاج التشغيل إلى التحقق من كيفية تصرف النظام بأكمله.

يجب أن تؤكد العملية اتصال البطارية، وحدود الشحن، وسلوك التفريغ، والإبلاغ عن حالة الشحن، وإخراج العاكس، واستجابات الحماية، والتكامل الكهروضوئي حيثما ينطبق ذلك، والانتقالات الاحتياطية، والمراقبة.

وينبغي أيضا ملاحظة السلوك الحراري تحت حمل ذي معنى.

قد يكشف النظام الذي يعمل بشكل صحيح عند الطاقة المنخفضة عن مشكلات في درجة الحرارة أو الاتصال فقط بعد الشحن أو التفريغ لفترة طويلة.

التكليف يحدد أيضا خط الأساس.

يمكن لاحقًا مقارنة درجة حرارة التشغيل العادية وسلوك حالة الشحن وتدفق الطاقة ومعدل الشحن واستجابة النظام بالبيانات الميدانية في حالة تغير الأداء.

وهذا يجعل التكليف بداية مراقبة دورة الحياة بدلاً من مجرد خطوة التثبيت النهائية.

الأخطاء الشائعة في تكامل نظام تخزين طاقة البطارية

أحد الأخطاء الشائعة هو اختيار البطارية والعاكس بشكل مستقل.

مطابقة الجهد فقط غير كافية لأن قدرة تيار البطارية واتصالات BMS وحدود الشحن وحدود التفريغ وطاقة العاكس تحتاج أيضًا إلى المحاذاة.

خطأ آخر هو تحديد حجم البطارية من استهلاك الطاقة اليومي دون فحص ملف تعريف الحمل الفعلي. يمكن أن ينتج نفس الاستهلاك اليومي متطلبات نظام مختلفة جدًا اعتمادًا على ما إذا كانت الأحمال موزعة بالتساوي أو مركزة في فترات قصيرة عالية الطاقة.

كما يتم في بعض الأحيان التقليل من تقدير التصميم الحراري. قد تعمل إلكترونيات البطارية والطاقة بشكل صحيح أثناء الاختبارات القصيرة ولكنها تصل إلى درجات حرارة مختلفة بعد الاستخدام لفترة طويلة.

يعد الاتصال مصدرًا متكررًا آخر لمشاكل التكامل. قد تدعم البطارية والعاكس واجهة مادية مشتركة أثناء استخدام بروتوكولات اتصال أو هياكل بيانات غير متوافقة.

وأخيرًا، تركز المشاريع أحيانًا على التثبيت مع عدم إيلاء اهتمام كافٍ للصيانة طويلة المدى أو التشخيص أو التوسع المستقبلي.

يعد BESS نظام تشغيل طويل الأمد، لذا فإن التشغيل وقابلية الخدمة والمراقبة تستحق الاهتمام أثناء التصميم الأصلي.

ما يجب على مشتري OEM وODM تحديده قبل التطوير

يجب أن يبدأ مشروع نظام تخزين طاقة البطارية المخصص ببنية كاملة بدلاً من مفهوم العلبة.

يجب أن تحدد المواصفات سعة التخزين القابلة للاستخدام، والطاقة المستمرة المطلوبة، والطاقة القصوى، وكيمياء البطارية، ومنصة الجهد، وتيار الشحن والتفريغ، ووظائف BMS، ومتطلبات العاكس أو PCS، وبروتوكولات الاتصال، وأولويات إدارة الطاقة، والسلوك الاحتياطي، والتكامل الكهروضوئي، والظروف الحرارية، تنسيق العلبة، وتوقعات التوسع.

ينبغي تطوير متطلبات البرامج جنبًا إلى جنب مع الأجهزة.

احتياطي حالة الشحن، وأولوية الشحن، واستجابة حماية البطارية، وسلوك الطاقة الخارجية، واسترداد الأخطاء، وفقدان الاتصال، والمراقبة، كلها تحتاج إلى قواعد محددة.

تضع TWJ منصة التصنيع الأوسع الخاصة بها حول البحث والتطوير المستقل، وتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور، والتطوير المدمج، وتجميع SMT، والاختبار، وتجميع المنتج النهائي، وهو أمر ذو صلة بمشاريع BESS حيث تحتاج الإلكترونيات والبرامج الثابتة وتكامل البطاريات وجودة التصنيع إلى التنسيق.

بالنسبة لمشتري OEM، لا ينبغي أن يكون الهدف هو تخصيص أكبر عدد ممكن من العناصر المرئية. يجب أن يكون إنشاء نظام تدعم بطاريته وإلكترونياته وبرامجه وتصميمه الحراري وعملية الإنتاج نفس متطلبات التشغيل.

كيفية تقييم BESS بعد دخوله العملية

يجب الحكم على نظام التخزين من خلال سلوك التشغيل المتكرر بدلاً من دورة تفريغ الشحن الناجحة.

تعد دقة حالة الشحن أحد المؤشرات المفيدة. إذا كانت حالة الشحن المعروضة لا تتوافق مع وقت التشغيل المتوقع أو سلوك الشحن، فقد تحتاج المعايرة أو تقدير البطارية إلى المراجعة.

يعد اتساق درجة الحرارة مقياسًا مهمًا آخر. يمكن أن تكشف الاختلافات المستمرة بين الوحدات عن مشكلات تدفق الهواء أو الخلية أو الاتصال أو مشاركة الحمل.

يمكن أن تساعد إنتاجية الطاقة في تقييم مقدار العمل المفيد الذي تؤديه البطارية بمرور الوقت.

يجب أيضًا تحليل أحداث الأخطاء المتكررة حسب النمط بدلاً من مسحها وتجاهلها.

إذا ظهر نفس التحذير تحت ظروف حمل أو درجة حرارة مماثلة، فقد يوفر الحدث معلومات مفيدة حول حدود النظام.

يجب تكرار اختبارات النسخ الاحتياطي بشكل دوري عندما تكون إمكانية النسخ الاحتياطي مهمة لأن النظام الذي تم نقله بشكل صحيح أثناء التثبيت الأولي قد يتصرف بشكل مختلف بعد تغييرات التكوين أو التحميل.

تأتي الموثوقية على المدى الطويل من الجمع بين تصميم الصوت والمراقبة المستمرة.

خاتمة

يجب تقييم نظام تخزين طاقة البطارية كمنصة طاقة متكاملة وليس كحزمة بطارية كبيرة.

تحدد سعة البطارية مقدار الطاقة التي يمكن تخزينها، لكن طاقة العاكس أو PCS تحدد مدى سرعة تحرك تلك الطاقة. يقوم نظام إدارة المباني بحماية البطارية ومراقبتها، بينما يقرر التحكم عالي المستوى متى يجب استخدام الطاقة المخزنة فعليًا. يربط الاتصال هذه الوظائف، ويحدد التصميم الحراري والحماية الكهربائية والمراقبة والتشغيل ما إذا كان النظام الكامل يمكن أن يعمل بشكل متسق.

يشرح هذا النهج على مستوى النظام أيضًا لماذا يمكن أن تنتج سعات البطارية المماثلة نتائج مختلفة جدًا في العالم الحقيقي. تعتمد الطاقة القابلة للاستخدام، وطاقة التفريغ، والقدرة الاحتياطية، والاستقرار الحراري، وجودة الاتصالات، وكفاءة النظام، وقابلية الخدمة على البنية المحيطة.

بالنسبة لمشتري المشروع والقائمين على التركيب ومطوري OEM/ODM، فإن أقوى استراتيجية هي تحديد تدفق الطاقة المقصود أولاً ثم تصميم البطارية والعاكس ونظام إدارة المباني والاتصالات والحماية والتحكم حول هذا الهدف.

عندما يتم تنسيق هذه العناصر بشكل صحيح، يصبح نظام تخزين طاقة البطارية أكثر من مجرد كهرباء مخزنة. يصبح مصدر طاقة يمكن التحكم فيه وقادرًا على دعم استخدام الطاقة الكهروضوئية، والتشغيل الاحتياطي، وإدارة الأحمال، ومرونة الطاقة على المدى الطويل.

الأسئلة الشائعة

هل تحتاج إلى مساعدة في اختيار نظام تخزين طاقة البطارية المناسب؟

إذا لم تكن متأكدًا من بنية نظام تخزين طاقة البطارية الأكثر ملاءمة لتطبيق التخزين الكهروضوئي أو نظام النسخ الاحتياطي أو منتج الطاقة المتكامل أو مشروع OEM/ODM، فيمكن لفريقنا المساعدة في تقييم سعة البطارية وطاقة العاكس واتصالات BMS والتصميم الحراري، متطلبات التحكم في النظام والتوسع.

اتصل بمتخصصي نظام تخزين طاقة البطارية لدينا لمناقشة متطلبات التطبيق الخاص بك وتطوير حل لتخزين الطاقة يتوافق مع ملف تعريف التحميل الخاص بك وبنية الطاقة وأهداف التشغيل طويلة المدى.