Когда следует платить за активную балансировку? Система принятия решений для аккумуляторных систем хранения энергии, погрузчиков, автодомов, морской техники и коммерческого транспорта.

Почему активная балансировка не всегда лучше

В большинстве рекламных материалов, посвященных литиевым системам управления батареями (BMS), активная балансировка позиционируется как улучшенная опция — подразумевается, что любой, кто серьезно относится к своему аккумулятору, должен указывать ее в качестве опции.

Это сообщение неполное. Активная балансировка более эффективна, чем пассивная: больший балансировочный ток и более широкий диапазон состояния заряда. Но большая функциональность не означает большую ценность. Она влечет за собой реальную надбавку к стоимости, и окупаемость этой надбавки зависит от области применения.

Таким образом, вопрос не в том, лучше ли активное балансирование. Вопрос в том, оправдывает ли это улучшение затраты в вашем проекте — это одновременно и технологическое, и экономическое решение.

В этой статье подробно рассматривается данная концепция: четыре условия, обеспечивающие возврат инвестиций (ROI), рекомендации по сценариям, матрица принятия решений и случаи, когда пассивное балансирование остается оптимальным выбором.

Активное и пассивное балансирование: что на самом деле меняется с точки зрения закупок?

Если свести все к основным моментам закупок:

Измерение	Пассивная балансировка	Активная балансировка
Принцип работы	Рассеивает избыточный заряд из более крупных элементов в виде тепла.	Передает энергию от высших клеток к низшим.
Балансировка тока	~100 мА, преимущественно вблизи верхней границы заряда.	До 1 А (серия Active Balancing) или до 2 А (серия Energy Storage, модели с более высоким током).
Когда корректируется дрейф	В основном, почти полный заряд	В более широком диапазоне уровней заряда
Энергоэффективность	Рассеивается в виде тепла — небольшие, периодические потери (только во время балансировки).	Передача энергии, а не её рассеивание — более высокая эффективность.
Расходы	Исходный уровень	Реальная премиальность — компоненты, сложность конструкции и цена за единицу.
Наилучший вариант	Односменное или эпизодическое использование, меньшие по размеру упаковки, длительные периоды ночного отдыха.	Ежедневная интенсивная езда, большие рюкзаки, более длительный срок службы

Пассивная балансировка достаточна, когда дрейф характеристик элементов накапливается медленно относительно окна балансировки при максимальной зарядке. Активная балансировка становится необходимой, когда это окно слишком узкое — когда батарея слишком большая, циклы зарядки/разрядки слишком частые или ожидаемый срок службы слишком велик.

Четыре условия, при которых активное балансирование обеспечивает возврат инвестиций.

Вместо того чтобы спрашивать: «Активное балансирование лучше?», спросите, соответствует ли ваш проект этим четырём условиям. Чем больше условий он выполняет, тем убедительнее экономическое обоснование.

Проекты ESS: когда активное балансирование обычно имеет смысл

Большинство проектов по созданию систем хранения энергии удовлетворяют как минимум трем условиям: большой емкости, ежедневному циклическому режиму работы (самостоятельное потребление солнечной энергии, сглаживание пиковых нагрузок, управление платой за потребление) и сроку службы 10–15 лет. Эти три условия, как правило, сами по себе оправдывают инвестиции.

Проекты с вилочными погрузчиками: когда активная балансировка снижает затраты на долгосрочное техническое обслуживание.

Режимы работы вилочных погрузчиков сильно различаются. При односменной работе с ночной зарядкой пассивная балансировка обычно справляется. При трехсменной работе с короткими перерывами между сменами пассивная балансировка не помогает, а рекуперативное торможение и быстрая зарядка усугубляют ситуацию в многосменных режимах.

В многосменных парках вилочных погрузчиков экономика технического обслуживания меняется. Замена сачка и простои обходятся дорого, а активная балансировка окупается, когда альтернативой является замена сачка на один-два года раньше.

Применение в автодомах и на морских судах: часто полезно, иногда не нужно.

Именно здесь данная модель нуждается в наибольшей честности, поскольку использование автодомов и морских судов охватывает широкий спектр, и рентабельность инвестиций варьируется в зависимости от этого.

Автодом для постоянного проживания — когда владельцы большую часть года проводят в дороге, ежедневно совершая поездки на велосипеде — обычно отвечает двум условиям: ежедневные поездки и длительный срок службы. Это делает его привлекательным для оценки в течение 10 лет владения, а не автоматическим решением.

Эксплуатация автодома в качестве транспортного средства для отдыха по выходным несколько раз в месяц не соответствует условиям глубокого разряда. Пассивная балансировка соответствует такому режиму работы, а надбавка за активную работу компенсирует неиспользуемые характеристики.

Аккумуляторная батарея для морских судов (питательная батарея для бортовых систем) подчиняется той же логике: она оправдана для коммерческого использования или постоянной эксплуатации в рекреационных целях, в то время как для сезонных прогулочных судов это часто нецелесообразно.

В тех случаях, когда активное балансирование обычно не приносит результатов.

В честной системе обозначены случаи, когда ответ отрицательный. В приложениях с низкой загрузкой аккумуляторный блок может не создавать достаточного дрейфа ячеек, чтобы оправдать затраты. Четыре категории, где пассивная балансировка остается правильным выбором:

• Резервное хранилище энергии.Аккумулятор, который большую часть года находится в полностью заряженном состоянии и разряжается только во время отключений электроэнергии, демонстрирует незначительные колебания характеристик — а любые колебания происходят в верхней точке заряда, именно там, где пассивная балансировка наиболее эффективна.
• Автодом для отдыха на выходных.Несколько циклов зарядки в месяц означают, что батарея большую часть времени находится в состоянии, близком к полному заряду, чему способствует пассивная балансировка.
• Морские стартерные аккумуляторы.Запуск двигателя — это событие с высоким током и коротким импульсом, а не глубокий цикл разряда. Батарея находится в почти полностью заряженном состоянии между запусками; количество циклов невелико, а разряд неглубокий, поэтому дрейф не является доминирующим механизмом старения.
• Небольшие упаковки потребительского класса.Низкая емкость, меньшее количество ячеек, более короткий срок службы и низкие затраты на простой — ни одно из четырех условий не выполняется в полной мере.

Простая матрица принятия решений

Каждое решение отражает, скольким из четырех условий соответствует типичное применение в данном сценарии.

Сценарий применения	Активная балансировка	Обычно выполняются следующие условия
Ежедневная циклическая коммерческая и промышленная система хранения энергии	Часто оправдано	Большая емкость + ежедневный глубокий цикл разряда + длительный срок службы + затраты на простой
Многосменный парк вилочных погрузчиков	Часто оправдано	Ежедневный глубокий цикл разрядки + длительный срок службы + стоимость простоя
Бытовая система накопления энергии на основе солнечной энергии для собственного потребления	Часто оправдано	Большая емкость + ежедневный глубокий цикл разряда + длительный срок службы
Банк морского жилья (постоянная работа / коммерческое кредитование)	Стоит оценить	Ежедневная езда на велосипеде + длительный срок службы
Постоянное проживание в автодоме	Стоит оценить	Ежедневная езда на велосипеде + длительный срок службы
Легкий коммерческий автомобиль для повседневного использования	Стоит оценить	Ежедневная езда на велосипеде + стоимость простоя
Парк электрорикш / коммерческих трехколесных транспортных средств	Стоит оценить	Ежедневные затраты на глубокий цикл + стоимость простоя
Автодом для отдыха на выходных	Редко оправдано	Ни один из четырех кандидатов не соответствовал условию.
Резервное копирование данных для домашнего или коммерческого использования.	Редко оправдано	Ни один из четырех кандидатов не соответствовал условию.
Морской стартерный аккумулятор	Редко оправдано	Высокотоковый профиль коротких импульсов, а не глубокое циклирование.

«Часто оправдано» = типичный проект демонстрирует очевидную окупаемость инвестиций. «Стоит оценить» = ответ определяется условиями проекта. «Редко оправдано» = большинство проектов не окупают затраты.

Варианты продуктов DALY Active Balancing

После принятия решения компания DALY предлагает два интегрированных семейства продуктов, а также вариант внешнего модуля для схем с высоким потреблением тока.

Экономика спекуляций: куда инвестировать, а куда не следует переоценивать риски.

Куда инвестировать:

• Активная балансировка для проектов, отвечающих трем или более условиям рентабельности инвестиций — расчеты обычно показывают, что инвестиции окупаются в течение 10-летнего периода владения.
• Внешний активный балансировщик для сильноточных приложений, где требуется активная балансировка, но она должна выполняться на отдельном модуле.

Где не стоит переоценивать свои возможности:

• Более высокий балансировочный ток, чем требуется для данной емкости и профиля циклической работы — 2 А в компактном корпусе компенсируют неиспользуемый запас по току, который не будет задействован в приложении.
• Активная балансировка в случаях, когда ожидаемый срок службы короткий и выгода от кумулятивного дрейфа не материализуется.

Часто задаваемые вопросы

О программе DALY

Компания DALY разрабатывает и производит системы управления литий-ионными батареями для OEM-производителей, производителей батарейных блоков и интеграторов в более чем 130 странах, включая варианты с активной балансировкой для мобильных, промышленных и энергосберегающих устройств. Основанная в 2015 году, компания DALY использует систему управления качеством и охраной окружающей среды, соответствующую требованиям ISO 9001 и ISO 14001, и производит свою продукцию в соответствии с требованиями стандартов безопасности CE, RoHS и применимых стандартов UL. Протоколы испытаний и техническая документация предоставляются по запросу, а DALY может консультировать и оказывать поддержку в вопросах сертификации UL для клиентов, которым это необходимо.

Ассортимент продукции DALY охватывает шесть областей применения: электрические двухколесные транспортные средства (доставка «последней мили», совместное использование автомобилей, ежедневные поездки на работу); системы хранения энергии для дома и базовых станций (бытовые системы хранения энергии, системы хранения энергии для автодомов, системы электропитания на открытом воздухе, телекоммуникационные базовые станции); промышленное и коммерческое оборудование (автоматизированные транспортные средства, робототехника, коммерческая уборка, подъемные рабочие платформы); вилочные погрузчики и низкоскоростные электромобили (вилочные погрузчики, гольф-кары, низкоскоростные пассажирские транспортные средства, экскурсионные транспортные средства); а также системы запуска грузовых автомобилей и судов (системы кондиционирования воздуха на стоянке, платы защиты литий-ионных батарей для запуска грузовых автомобилей, системы запуска судов).