Em grande escala sistemas de armazenamento de energia de lítio de alta tensão A operação paralela de clusters de baterias é uma arquitetura comum usada para alcançar maior capacidade, escalabilidade de energia e confiabilidade do sistema. EverExceed Essa arquitetura é amplamente aplicada em sistemas de armazenamento de energia em grande escala, sistemas de alimentação ininterrupta (UPS) e soluções de energia industrial. No entanto, embora a conexão em paralelo ofereça vantagens significativas, ela também introduz desafios técnicos que devem ser cuidadosamente gerenciados.

Principais vantagens (prós)

1. Escalabilidade flexível e design modular

Expansão de capacidade e energia sob demanda:
Ao aumentar ou diminuir o número de clusters de baterias em paralelo, a capacidade e a potência do sistema podem ser dimensionadas de forma flexível sem a necessidade de redesenhar todo o sistema de baterias. Isso torna a arquitetura paralela ideal para aplicações modulares de sistemas de armazenamento de energia (ESS) e sistemas de alimentação ininterrupta (UPS).

Fabricação padronizada:
Cada conjunto de baterias pode ser projetado e produzido de forma padronizada, em escala de produção em massa, ajudando a reduzir os custos de fabricação e, ao mesmo tempo, garantindo a consistência e a qualidade do produto.

Facilidade de manutenção e substituição:
Caso um único cluster apresente falha, ele pode ser isolado eletricamente, reparado ou substituído sem a necessidade de desligar todo o sistema, melhorando significativamente a disponibilidade e a capacidade de manutenção do sistema.

2. Redundância aprimorada e confiabilidade do sistema

Redundância N+1:
Um conjunto adicional de baterias pode ser configurado de forma que, mesmo se um conjunto falhar, o sistema continue operando com a potência nominal, garantindo o fornecimento ininterrupto para cargas críticas, como centros de dados e instalações industriais.

Capacidade de isolamento de falhas:
Falhas como curtos-circuitos internos ou mau funcionamento do BMS podem ser confinadas a um cluster individual. Utilizando isoladores e contatores CC, as falhas podem ser desconectadas rapidamente, reduzindo o risco sistêmico.

3. Melhoria da Eficiência e Otimização Operacional

Corrente reduzida por cluster:
O compartilhamento de corrente em paralelo reduz a corrente que flui por cada conjunto de baterias, diminuindo o estresse elétrico em conectores, cabos e células. Isso reduz as perdas por efeito Joule dentro do conjunto.

Ploss=I2RP_{loss} = I^2R P l oss = EU 2 R

e pode melhorar a eficiência geral do sistema.

Flexibilidade operacional por meio de planejamento inteligente:
Avançado Sistemas de Gestão de Energia (EMS) Pode distribuir clusters de forma inteligente com base em condições em tempo real. Por exemplo, clusters com maior SOC (estado de carga) e menor resistência interna podem ser priorizados, enquanto clusters superaquecidos podem ser temporariamente desconectados para resfriamento, prolongando a vida útil do sistema.

Principais desafios e riscos (contras)

1. Corrente circulante (a principal desvantagem)

Causa raiz:
Devido às diferenças inevitáveis na tensão de saída entre os clusters — causadas pelo estado de carga (SOC), temperatura, resistência interna e envelhecimento — os clusters com tensão mais alta podem carregar aqueles com tensão mais baixa, gerando corrente circulante que não flui para a carga externa ou para a rede elétrica.

Os riscos incluem:

• Perda de energia: A corrente circulante é convertida diretamente em calor, reduzindo a eficiência do sistema.

• Envelhecimento acelerado: Alguns clusters sofrem ciclos desnecessários de carga/descarga, acelerando a degradação da capacidade.

• Risco de sobrecorrente: Correntes circulantes severas podem exceder a capacidade nominal de fusíveis, contatores ou dispositivos elétricos, podendo causar falhas.

2. Inconsistência amplificada e complexidade de controle aumentada

“Efeito do elo mais fraco”:
Em sistemas paralelos, a capacidade total utilizável é limitada pelo cluster que atinge primeiro os limites de carga ou descarga. Qualquer inconsistência reduz diretamente a capacidade efetiva do sistema.

Complexidade do BMS multicamadas:
Sistemas paralelos de alta tensão normalmente requerem um arquitetura de controle de três níveis :
BMS em nível de célula → BMS em nível de cluster → EMS em nível de sistema.
O sistema de gerenciamento de energia (EMS) precisa executar algoritmos sofisticados para balanceamento de corrente, equalização do estado de carga (SOC) e avaliação de estado, aumentando significativamente a complexidade do software e da comunicação.

3. Coordenação de Proteção e Riscos de Segurança

Corrente de falha extremamente alta:
Durante curtos-circuitos no lado CC, todos os conjuntos de baterias em paralelo descarregam simultaneamente no ponto de falha, gerando correntes de curto-circuito extremamente altas. Isso impõe requisitos rigorosos aos disjuntores e dispositivos de proteção de circuitos CC.

Desafios da seletividade da proteção:
Os limites de proteção e os tempos de resposta devem ser coordenados com precisão em todos os níveis (célula, módulo, cluster, sistema) para garantir que apenas a menor unidade defeituosa seja isolada, evitando falhas em cascata.

4. Investimento inicial e custo do sistema

Componentes redundantes adicionais:
Cada conjunto de baterias requer seu próprio BMS (Sistema de Gerenciamento de Baterias), contatores, fusíveis e, em alguns casos, conversores DC/DC para balanceamento ativo de corrente, aumentando os custos de hardware.

Custo de integração de sistemas mais elevado:
Projetos elétricos complexos, gerenciamento térmico coordenado e desenvolvimento de software de controle avançado aumentam significativamente os custos de engenharia e comissionamento.

Soluções técnicas essenciais: como maximizar os benefícios e mitigar os riscos

1. Isolamento e regulação ativos baseados em conversores CC/CC

Cada conjunto de baterias está equipado com um conversor CC/CC bidirecional na sua saída.

Vantagens:

• Elimina completamente a corrente circulante.

• Permite o controle independente de carga/descarga para cada cluster.

• Maximiza a capacidade utilizável e a estabilidade do sistema.

• Representa a solução mais eficaz para gerenciar inconsistências.

Concessões:

• Aumento do custo e do volume do sistema

• Ligeira perda de eficiência (normalmente ainda acima de 97%)

2. Balanceamento passivo de corrente com gerenciamento avançado

Correspondência estrita de clusters:
Antes de serem conectados em paralelo, os clusters são cuidadosamente ajustados em termos de tensão, resistência interna e capacidade.

Algoritmos BMS avançados em nível de cluster:
A estimativa precisa do SOC (estado de carga) e do SOH (estado de saúde) permite que o EMS (sistema de gerenciamento de emergências) otimize as estratégias de despacho e controle dinamicamente a participação em clusters.

Medidas de supressão da corrente circulante:
Utilização de resistores de amortecimento ou topologias otimizadas para limitar a magnitude da corrente circulante.

Resumo e Conclusão

Recomendação final

Operação paralela de conjuntos de baterias de lítio de alta tensão é essencial para dimensionar projetos modernos. sistemas de armazenamento de energia , mas sua implementação bem-sucedida depende muito de:

1. Correspondência precisa de células e clusters

2. Potente, inteligente e multinível BMS e EMS

3. Projeto elétrico e de segurança rigoroso, especialmente para coordenação de proteção e supressão de corrente circulante.

4. Relações custo-benefício:

   • Para aplicações exigentes máxima eficiência e consistência Recomenda-se o uso de arquiteturas com isolamento DC/DC.

   • Para projetos com restrições orçamentárias e clusters bem alinhados, podem ser aplicadas soluções avançadas de gestão passiva.

No EverExceed Esses princípios estão totalmente integrados ao design do nosso produto. Sistemas de baterias de lítio de alta tensão para armazenamento de energia, alimentação de reserva UPS, centros de dados e aplicações de energia industrial. , garantindo operação segura, alta eficiência e confiabilidade a longo prazo.