Технологія балансування акумуляторних шаф з рідинним охолодженням: принципи роботи, терморегуляторне з'єднання та тенденції галузі

Оскільки великомасштабні системи акумуляторного накопичення енергії (BESS) продовжують розвиватися в напрямку вищої щільності енергії та конфігурацій з потужністю в кілька мегават-годин, рідинне охолодження стало основним рішенням для управління температурою. Однак у батарейних шафах з рідинним охолодженням контроль стабільності роботи батарей та стратегії балансування батарей є набагато важливішими — і складнішими — ніж у традиційних системах з повітряним охолодженням.

У цій статті пояснюються механізми роботи пасивного та активного балансування акумуляторів, взаємодія між балансуванням та рідинно-охолоджувальними тепловими системами, передові алгоритми SOC та майбутні технологічні тенденції в застосуванні накопичення енергії для комунальних та комерційних підприємств.

Що таке балансування акумуляторів у шафі з рідинним охолодженням ?

Балансування акумулятора – це процес, контрольований BMS, який мінімізує різницю в напрузі акумулятора, стані заряду (SOC) та ємності в послідовно з'єднаному акумуляторному блоці. Без балансування система обмежена найслабшим акумулятором, що призводить до:

Зменшена корисна ємність

Прискорена деградація навантажених акумуляторів

Підвищений ризик поломок та перегріву

У шафах з рідинним охолодженням акумулятори упаковані щільніше та працюють на вищих рівнях потужності. За цих умов навіть невеликі невідповідності можуть посилювати локальні перепади температур, що робить ефективне балансування ключовим фактором безпеки, надійності та тривалості терміну служби.

Два основні технічні шляхи балансування акумуляторів

1. Пасивне балансування — контрольоване розсіювання енергії

Робочий механізм

Коли BMS виявляє, що напруга акумулятора перевищує заздалегідь визначений поріг:

MOSFET-перемикач активовано

Акумулятор підключено до паралельного резистора для уповільнення струму.

Надлишковий заряд розсіюється у вигляді тепла, доки напруга акумулятора не вирівняється з іншими.

Переваги систем рідинного охолодження

Рідинне охолодження покращує теплову безпеку під час пасивного балансування завдяки:

Швидке відведення тепла від резисторів, що пропускають повітря

Зменшення локального теплового накопичення

Підвищення операційної стабільності за умов безперервного балансування

Найкращі сценарії

Економічно чутливе розгортання ESS

Середовища для велосипедистів середньої інтенсивності

Зрілі, стабільні системні конструкції

2. Активне балансування — високоефективна передача енергії

Робочий механізм

Активне балансування перерозподіляє енергію, а не розсіює її:

Енергія передається через індуктори, конденсатори або двонаправлені перетворювачі постійного струму.

Акумулятори з високим рівнем заряду (SOC) передають енергію до спільного автобуса

Система управління будівництвом (BMS) розподіляє енергію між акумуляторами з низьким рівнем заряду (SOC).

Переваги продуктивності

Вища ефективність (часто >90%)

Більший балансувальний струм (зазвичай 1–5 А)

Менші теплові втрати та зменшене навантаження на акумулятори

Чому він підходить для рідинно-охолоджених BESS

Мінімальне залишкове теплоутворення

Підходить для герметичних шаф з високим рівнем захисту

Оптимізовано для систем накопичення енергії високої щільності та потужністю кілька МВт·год

Розширені стратегії балансування в середовищах з рідинним охолодженням

Логіка балансування з температурною компенсацією

Хоча рідинне охолодження підтримує низьке загальне підвищення температури, різниця температур від входу до виходу (≈2–5°C) все ще впливає на поведінку напруги акумулятора. Щоб уникнути помилкових рішень щодо дисбалансу, BMS запроваджує моделі температурної компенсації.

Операційна логіка

Визначення відхилення напруги, викликаного температурою

Запобігання непотрібним діям балансування

Збільште термін служби акумулятора та зменшіть навантаження

Динамічне балансування на основі SOC

Сучасні платформи BMS замінюють традиційне балансування наприкінці заряду безперервним динамічним балансуванням, що підтримується моделями оцінки стану заряду (SOC), такими як фільтрація Калмана в поєднанні з кривими OCV.

Переваги

Зберігає корисну місткість під час їзди на велосипеді

Підвищує ефективність системи в реальних умовах експлуатації

Підвищує довгострокову стабільність та узгодженість

Співпраця на системному рівні: управління температурою + балансування

Галузь переходить від незалежних теплових та балансувальних підсистем до повністю інтегрованої термоелектричної координації:

Балансування тепла динамічно включається в моделі навантаження рідинного охолодження

Зворотний зв'язок за температурою впливає на пороги балансування

Виявлення теплового витоку та керування балансуванням зблоковані

Така інтеграція на системному рівні значно знижує ризик деградації, одночасно покращуючи запаси безпеки та економіку життєвого циклу.

Перспективи галузі та напрямок розвитку технологій

Тенденція ринку очевидна:

Активне балансування в поєднанні з рідинним охолодженням стає кращою конфігурацією у високоякісних BESS.

Алгоритмізоване балансування замінить стратегії статичного вирівнювання

Можливості системної інженерії переважать перевагу продуктивності однієї батареї

Ефективність життєвого циклу та оптимізація сукупної вартості володіння стають основними рушійними силами інвестицій

Балансування акумуляторів у батарейних шафах з рідинним охолодженням перетворилося з базової функції контролю узгодженості на стратегічну системну можливість, яка безпосередньо впливає на безпеку, ефективність, надійність та цінність життєвого циклу. У міру розвитку галузі до накопичення енергії на рівні гігават-год, платформи, що інтегрують активне балансування, теплову оптимізацію рідинного охолодження та інтелектуальні алгоритми BMS, визначатимуть наступне покоління високопродуктивних рішень BESS.

Про GSL ENERGY

GSL ENERGY — світовий виробник літієвих батарей та рішень для зберігання енергії, що охоплюють житлові системи ESS, комерційні та промислові системи зберігання, а також великомасштабні платформи BESS. Компанія надає шафи для зберігання енергії з рідинним охолодженням, акумуляторні модулі, системи PACK та послуги інтеграції OEM/ODM, підтримуючи розгортання глобальних проектів та довгострокову надійність систем.