ในระดับขนาดใหญ่ ระบบกักเก็บพลังงานลิเธียมแรงดันสูง การทำงานแบบขนานของกลุ่มแบตเตอรี่เป็นสถาปัตยกรรมทั่วไปที่ใช้เพื่อให้ได้ความจุที่สูงขึ้น ความสามารถในการปรับขนาดพลังงาน และความน่าเชื่อถือของระบบ เอเวอร์เอ็กซ์ซีด สถาปัตยกรรมนี้ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ ระบบสำรองไฟ UPS และโซลูชันด้านพลังงานในภาคอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม แม้ว่าการเชื่อมต่อแบบขนานจะมีข้อดีมากมาย แต่ก็ยังก่อให้เกิดความท้าทายทางเทคนิคที่ต้องได้รับการจัดการอย่างระมัดระวัง

ข้อดีหลัก (ข้อดี)

1. ความสามารถในการปรับขนาดที่ยืดหยุ่นและการออกแบบแบบโมดูลาร์

การขยายกำลังการผลิตและพลังงานตามความต้องการ:
ด้วยการเพิ่มหรือลดจำนวนกลุ่มแบตเตอรี่แบบขนาน ความจุและกำลังของระบบสามารถปรับขนาดได้อย่างยืดหยุ่นโดยไม่ต้องออกแบบระบบแบตเตอรี่ใหม่ทั้งหมด ทำให้สถาปัตยกรรมแบบขนานเหมาะอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชัน ESS และ UPS แบบโมดูลาร์

การผลิตตามมาตรฐาน:
ชุดแบตเตอรี่แต่ละชุดสามารถออกแบบและผลิตได้ในรูปแบบมาตรฐานและแบบการผลิตจำนวนมาก ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการผลิต ในขณะเดียวกันก็รับประกันความสม่ำเสมอและคุณภาพของผลิตภัณฑ์

บำรุงรักษาและเปลี่ยนชิ้นส่วนได้ง่าย:
หากคลัสเตอร์ใดคลัสเตอร์หนึ่งล้มเหลว ก็สามารถแยกวงจรไฟฟ้า ซ่อมแซม หรือเปลี่ยนใหม่ได้โดยไม่ต้องปิดระบบทั้งหมด ซึ่งจะช่วยเพิ่มความพร้อมใช้งานและความสามารถในการบำรุงรักษาของระบบได้อย่างมาก

2. เพิ่มความซ้ำซ้อนและความน่าเชื่อถือของระบบ

ความซ้ำซ้อนแบบ N+1:
สามารถติดตั้งชุดแบตเตอรี่เพิ่มเติมได้ เพื่อให้แม้ว่าชุดแบตเตอรี่ชุดใดชุดหนึ่งจะล้มเหลว ระบบก็ยังคงสามารถทำงานต่อไปได้ด้วยกำลังไฟตามที่กำหนด ทำให้มั่นใจได้ว่าจะมีแหล่งจ่ายไฟอย่างต่อเนื่องสำหรับอุปกรณ์ที่สำคัญ เช่น ศูนย์ข้อมูลและโรงงานอุตสาหกรรม

ความสามารถในการแยกความผิดพลาด:
ความผิดพลาดต่างๆ เช่น ไฟฟ้าลัดวงจรภายใน หรือการทำงานผิดปกติของระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) สามารถจำกัดให้อยู่ภายในกลุ่มอุปกรณ์แต่ละกลุ่มได้ การใช้ตัวแยกวงจรไฟฟ้ากระแสตรง (DC isolators) และคอนแทคเตอร์ จะช่วยให้สามารถตัดการเชื่อมต่อความผิดพลาดได้อย่างรวดเร็ว ลดความเสี่ยงในระดับระบบโดยรวม

3. เพิ่มประสิทธิภาพและปรับปรุงการดำเนินงานให้ดียิ่งขึ้น

ลดกระแสไฟฟ้าต่อคลัสเตอร์:
การแบ่งกระแสไฟฟ้าแบบขนานช่วยลดกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านกลุ่มแบตเตอรี่แต่ละกลุ่ม ลดความเครียดทางไฟฟ้าบนขั้วต่อ สายเคเบิล และเซลล์ ส่งผลให้ลดการสูญเสียพลังงานความร้อนภายในกลุ่มแบตเตอรี่

Ploss=I2RP_{loss} = I^2R พี ล oss - ฉัน 2 อาร์

และสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบได้

ความยืดหยุ่นในการดำเนินงานผ่านการจัดตารางเวลาอย่างชาญฉลาด:
ขั้นสูง ระบบบริหารจัดการพลังงาน (EMS) สามารถจัดสรรคลัสเตอร์อย่างชาญฉลาดตามสภาวะแบบเรียลไทม์ ตัวอย่างเช่น คลัสเตอร์ที่มี SOC สูงกว่าและความต้านทานภายในต่ำกว่าจะได้รับความสำคัญเป็นอันดับแรก ในขณะที่คลัสเตอร์ที่ร้อนเกินไปสามารถถูกปิดใช้งานชั่วคราวเพื่อระบายความร้อน ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานของระบบ

ความท้าทายและความเสี่ยงที่สำคัญ (ข้อเสีย)

1. กระแสหมุนเวียน (ข้อเสียหลัก)

สาเหตุหลัก:
เนื่องจากความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าขาออกระหว่างกลุ่มแบตเตอรี่ที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ ซึ่งเกิดจากสถานะการชาร์จ (SOC) อุณหภูมิ ความต้านทานภายใน และอายุการใช้งาน กลุ่มแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าอาจชาร์จกลุ่มแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า ทำให้เกิดกระแสหมุนเวียนที่ไม่ไหลไปยังโหลดภายนอกหรือโครงข่ายไฟฟ้า

ความเสี่ยงต่างๆ ได้แก่:

• การสูญเสียพลังงาน: กระแสไฟฟ้าหมุนเวียนจะถูกแปลงเป็นความร้อนโดยตรง ทำให้ประสิทธิภาพของระบบลดลง

• การแก่ตัวอย่างรวดเร็ว: บางคลัสเตอร์มีการชาร์จ/คายประจุซ้ำโดยไม่จำเป็น ซึ่งทำให้ความจุลดลงเร็วขึ้น

• ความเสี่ยงจากกระแสไฟฟ้าเกิน: กระแสไฟฟ้าหมุนเวียนที่รุนแรงอาจเกินพิกัดของฟิวส์ คอนแทคเตอร์ หรืออุปกรณ์ไฟฟ้า ซึ่งอาจนำไปสู่ความเสียหายได้

2. ความไม่สอดคล้องกันที่เพิ่มมากขึ้นและความซับซ้อนในการควบคุมที่เพิ่มขึ้น

“ผลกระทบจากจุดอ่อนที่สุด”:
ในระบบแบบขนาน ความจุที่ใช้งานได้ทั้งหมดจะถูกจำกัดโดยกลุ่มอุปกรณ์ที่ถึงขีดจำกัดการชาร์จหรือการคายประจุเป็นอันดับแรก ความไม่สอดคล้องกันใดๆ จะลดความจุของระบบโดยรวมลงโดยตรง

ความซับซ้อนของระบบ BMS แบบหลายชั้น:
ระบบไฟฟ้าแรงสูงแบบขนานโดยทั่วไปต้องใช้ สถาปัตยกรรมควบคุมสามระดับ -
ระบบจัดการแบตเตอรี่ระดับเซลล์ → ระบบจัดการแบตเตอรี่ระดับคลัสเตอร์ → ระบบจัดการพลังงานระดับระบบ
ระบบ EMS ต้องดำเนินการตามอัลกอริธึมที่ซับซ้อนสำหรับการปรับสมดุลกระแสไฟฟ้า การปรับสมดุล SOC และการประเมินสถานะ ซึ่งทำให้ซอฟต์แวร์และการสื่อสารมีความซับซ้อนมากขึ้นอย่างมาก

3. การประสานงานด้านการป้องกันและความเสี่ยงด้านความปลอดภัย

กระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงมาก:
ในกรณีที่เกิดการลัดวงจรด้านกระแสตรง ชุดแบตเตอรี่แบบขนานทั้งหมดจะคายประจุพร้อมกันไปยังจุดที่เกิดการลัดวงจร ทำให้เกิดกระแสลัดวงจรสูงมาก ซึ่งส่งผลให้เบรกเกอร์วงจรไฟฟ้ากระแสตรงและอุปกรณ์ป้องกันต้องมีคุณสมบัติที่เข้มงวด

ความท้าทายในการเลือกการป้องกัน:
เกณฑ์การป้องกันและเวลาตอบสนองจะต้องได้รับการประสานงานอย่างแม่นยำในทุกระดับ (เซลล์ โมดูล กลุ่ม ระบบ) เพื่อให้แน่ใจว่าจะมีเพียงหน่วยที่ผิดพลาดขนาดเล็กที่สุดเท่านั้นที่จะถูกแยกออก ป้องกันความล้มเหลวที่ลุกลามเป็นลูกโซ่

4. เงินลงทุนเริ่มต้นและต้นทุนระบบ

ส่วนประกอบสำรองเพิ่มเติม:
ชุดแบตเตอรี่แต่ละชุดจำเป็นต้องมีระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) คอนแทคเตอร์ ฟิวส์ และในบางกรณีอาจต้องมีตัวแปลง DC/DC สำหรับการปรับสมดุลกระแสไฟฟ้า ซึ่งทำให้ต้นทุนด้านฮาร์ดแวร์สูงขึ้น

ต้นทุนการบูรณาการระบบที่สูงขึ้น:
การออกแบบระบบไฟฟ้าที่ซับซ้อน การจัดการความร้อนที่ประสานงานกัน และการพัฒนาซอฟต์แวร์ควบคุมขั้นสูง ทำให้ต้นทุนด้านวิศวกรรมและการทดสอบระบบเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก

โซลูชันทางเทคนิคที่สำคัญ: วิธีเพิ่มผลประโยชน์สูงสุดและลดความเสี่ยง

1. การแยกและการควบคุมแบบแอคทีฟโดยใช้ตัวแปลง DC/DC

ชุดแบตเตอรี่แต่ละชุดติดตั้งตัวแปลง DC/DC แบบสองทิศทางที่เอาต์พุต

ข้อดี:

• ขจัดกระแสไฟฟ้าหมุนเวียนได้อย่างสมบูรณ์

• ช่วยให้สามารถควบคุมการชาร์จ/คายประจุได้อย่างอิสระสำหรับแต่ละคลัสเตอร์

• เพิ่มขีดความสามารถในการใช้งานและความเสถียรของระบบให้สูงสุด

• ถือเป็นวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการจัดการกับความไม่สอดคล้องกัน

ข้อแลกเปลี่ยน:

• ต้นทุนและปริมาณของระบบที่เพิ่มขึ้น

• ประสิทธิภาพลดลงเล็กน้อย (โดยทั่วไปยังคงมากกว่า 97%)

2. การปรับสมดุลกระแสไฟฟ้าแบบพาสซีฟด้วยการจัดการขั้นสูง

การจับคู่คลัสเตอร์อย่างเข้มงวด:
ก่อนทำการต่อขนาน กลุ่มคลัสเตอร์จะต้องได้รับการจับคู่กันอย่างระมัดระวังในด้านแรงดันไฟฟ้า ความต้านทานภายใน และความจุ

อัลกอริทึม BMS ระดับคลัสเตอร์ขั้นสูง:
การประมาณค่า SOC และ SOH ที่แม่นยำช่วยให้ EMS สามารถปรับกลยุทธ์การจัดส่งให้เหมาะสมและควบคุมการมีส่วนร่วมของกลุ่มรถพยาบาลได้อย่างมีประสิทธิภาพ

มาตรการระงับกระแสไฟฟ้าหมุนเวียน:
การใช้ตัวต้านทานหน่วงหรือโครงสร้างที่เหมาะสมที่สุดเพื่อจำกัดขนาดของกระแสไหลเวียน

บทสรุปและข้อสรุป

คำแนะนำสุดท้าย

การทำงานแบบขนานของ กลุ่มแบตเตอรี่ลิเธียมแรงดันสูง เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขยายขอบเขตของยุคสมัยใหม่ ระบบกักเก็บพลังงาน แต่การนำไปปฏิบัติให้ประสบความสำเร็จนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ได้แก่:

1. การจับคู่เซลล์และคลัสเตอร์ที่แม่นยำ

2. ทรงพลัง ชาญฉลาด หลายระดับ บีเอ็มเอสและอีเอ็ม

3. การออกแบบทางไฟฟ้าและความปลอดภัยที่เข้มงวด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการประสานงานการป้องกันและการระงับกระแสหมุนเวียน

4. การแลกเปลี่ยนระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ:

   • สำหรับการใช้งานที่ต้องการคุณสมบัติสูง ประสิทธิภาพและความสม่ำเสมอสูงสุด แนะนำให้ใช้สถาปัตยกรรมแบบแยก DC/DC

   • สำหรับโครงการที่คำนึงถึงต้นทุนและมีการจัดกลุ่มที่เหมาะสม สามารถนำโซลูชันการจัดการแบบพาสซีฟขั้นสูงมาประยุกต์ใช้ได้

ที่ เอเวอร์เอ็กซ์ซีด หลักการเหล่านี้ได้รับการบูรณาการอย่างเต็มที่ในการออกแบบผลิตภัณฑ์ของเรา ระบบแบตเตอรี่ลิเธียมแรงดันสูงสำหรับการจัดเก็บพลังงาน ระบบสำรองไฟ UPS ศูนย์ข้อมูล และการใช้งานด้านพลังงานในภาคอุตสาหกรรม เพื่อให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่ปลอดภัย ประสิทธิภาพสูง และความน่าเชื่อถือในระยะยาว