Prispôsobiteľné batériové balíky: Voľba sériového a paralelného spojenia

Rozumienko základom sériového a paralelného pripojenia batérií

Keď sa venujeme návrhu energetických riešení pre priemyselné zariadenia, je mimoriadne dôležité pochopiť vzťah medzi napätím a kapacitou. Hovorime najskôr o sériovom pripojení. Pri sériovom pripojení sa celkové napätie zvyšuje, kým sa kapacita udrží na rovnakej úrovni. To ich robí ideálnymi pre vysokoenergetické medicínske zariadenia alebo komunikačné systémy. Tieto druhy zariadení potrebujú stabilne fungovať aj za ťažkého záťažného bremena. Na druhej strane paralelné konfigurácie zvyšujú celkovú kapacitu bez zmeny úrovne napätia. Preto sú preferovanou voľbou pre rezyervačné systémy v dátových strediskách alebo zařadeniach na monitorovanie životného prostredia, kde je kľúčové mať predĺžený čas prevádzky.

Vplyv výkonu rôznych konfigurácií

Teraz, keď sme pochopili základné rozdiely medzi sériovými a paralelnými spojeniami, je dôležité poznamenať, že výzvy týkajúce sa tepelnej úpravy sú pre tieto dve konfigurácie celkom odlišné. Keď sú bunky usporiadané v sérii, počas rýchlych cyklov náboje sa môže objaviť nepravidelné rozdelenie teploty. Aby sa s tým zaoberali, potrebujeme pokročilé riešenia na odoberanie tepla. Na druhej strane paralelné konfigurácie čelia problémom s vyvažovaním prúdu. Ak ich nebudeme správne riadiť pomocou inteligentných systémov správy akumulátorov (BMS), môže to spôsobiť zrýchlené degradáciu batérií.

Dizajnové úvahy špecifické pre aplikácie

Po pohľade na vplyvy na výkon môžeme vidieť, že rôzne aplikácie vyžadujú rôzne konfigurácie akumulátorov. Napríklad, zariadenia na spracovanie materiálov často profitovali od hybridných konfigurácií, ktoré kombinujú sériové a paralelné spojenia. Týmto spôsobom dokážu dosiahnuť rovnováhu medzi potrebou vysokého krútiaceho momentu, ktorý vyžaduje napätie, a predĺžením pracovných období, ktoré vyžadujú kapacitu. Keď ide o prenosné diagnostické nástroje, inžinieri musia sústrediť pozornosť na účinnosť priestoru. Zároveň však musia splniť prísne bezpečnostné certifikácie. Tieto faktory priamo ovplyvňujú voľbu metódy spojenia a výber komponentov.

Optimalizácia trvania života batérie

Vzhľadom na dôležitosť rôznych konfigurácií v rôznych aplikáciách sa presnosť zhody buniek stáva extrémne dôležitou, osobitne pri veľkomerových nasadeniach. Priemyselné aplikácie majú strikté požiadavky na tolerancie napätia, obvykle vo voľbe ±0,5%, a zhodu kapacity vo voľbe ±1%. Toto je na to, aby sa predišlo opačnému nabití v sériových reťazoch alebo prebiehaniu prílišného prúdu v paralelných poliach. Pokročilé vyvažovacie obvody s aktívnym vyrovnávaním môžu byť hračkou zmeny. V porovnaní s pasívnymi vyvažovacími systémami môžu predĺžiť operačný život o 30 - 40%, osobitne v prostrediah, kde sa teplota veľmi fluktuuje.

Bezpečnostné protokoly pre konfigurácie s vysokou hustotou

Pokiaľ je optimalizácia životnosti akumulátora kľúčová, nesmieme zanedbávať bezpečnosť, obzvlášť pri práci s konfiguráciami s vysokou hustotou energie. Keď sa buny spojia postupne nad systémy 48V, sú viacslovné ochranné mechanizmy nevyhnutné. Supresné obvody proti elektrickému oblúku a posilnené izolačné bariéry pomáhajú predchádzať kaskadovým poruchám v aplikáciách s vysokým napätím. Pre paralelné konfigurácie sú potrebné prúdotomce s obmedzením prúdu medzi vetvami na obsadenie potenciálnych incidentov termálneho behu. To je obzvlášť dôležité pri používaní litných chemií s vysokou hustotou energie.

Analýza nákladov a výhod pre priemyselné aplikácie

Pokiaľ ide o bezpečnosť a životnosť, sú tiež dôležitou úvahou náklady pre priemyselné aplikácie. Konfigurácie série obvykle znížia zložitosť vodičov pre systémy vysokého napätia. Avšak zvyšujú náklady BMS, pretože vyžadujú viac sofistikovaný monitoring napätia. Paralelné usporiadania na druhej strane ponúkajú výhody redundantnosti. Avšak vyžadujú vyššiu kvalitu busbarov pre obsluhu väčších prúdových záťaží. Keď modelujeme náklady na celý životný cyklus, mali by sme zohľadniť frekvenciu údržby, očakávané cykly nahradenia buniek a potenciálne náklady spojené s simplyfikáciou charakteristickou pre každý priemysel.