Предисловие
«В моем доме изначально была батарея на 10 кВт⋅ч, и теперь я хочу добавить еще 10 кВт⋅ч. Можно ли соединить их напрямую параллельно?»
Это распространенная проблема для многих пользователей солнечной энергии. По мере роста потребления электроэнергии или необходимости зарядки электромобилей многие домохозяйства увеличивают емкость батарей своих существующих систем хранения энергии. Но можно ли использовать старые и новые батареи взаимозаменяемо? Каковы последствия прямого параллельного соединения? Какие меры предосторожности следует принимать при расширении емкости? На эти вопросы нельзя ответить, просто поискав информацию в интернете.
Смешивание старых и новых батарей — это не просто вопрос «возможно ли это?», а вопрос, включающий множество технических аспектов, таких как тип батареи, емкость, марка, степень деградации и стабильность внутреннего сопротивления. Неправильное обращение может привести как к снижению эффективности системы, так и к потенциально опасным ситуациям. В этой статье подробно объясняются меры предосторожности при параллельном расширении систем хранения энергии, а также рассказывается о том, на что следует обратить внимание и чего следует избегать перед расширением емкости.
Почему нельзя смешивать новые и старые батарейки по своему желанию?
Чтобы понять, почему новые и старые батареи нельзя смешивать по своему усмотрению, необходимо сначала разобраться в основном принципе параллельного соединения батарей.
Суть параллельного подключения батарей заключается в том, чтобы позволить нескольким батареям распределять нагрузку. В идеале ток, протекающий через каждую батарею, распределяется пропорционально ее емкости. Например, если две батареи емкостью 10 кВт⋅ч соединены параллельно, то при нагрузке 20 кВт⋅ч каждая батарея будет выдавать 10 кВт⋅ч. Однако это «пропорциональное распределение» основано на предположении, что параметры двух батарей абсолютно одинаковы.
В действительности параметры новых и старых батарей не могут быть абсолютно одинаковыми. Два наиболее существенных различия заключаются во внутреннем сопротивлении и степени деградации.
Начнём с внутреннего сопротивления. Во время зарядки и разрядки ток встречает сопротивление, протекая внутри батареи; это называется внутренним сопротивлением. Чем выше внутреннее сопротивление, тем больше падение напряжения при разрядке и тем ниже эффективность. Новые батареи обычно имеют низкое и равномерное внутреннее сопротивление; старые батареи, из-за длительного использования, испытывают снижение внутренней химической активности, утолщение SEI-пленки и увеличение контактного сопротивления, что приводит к значительному увеличению внутреннего сопротивления. Если новые и старые батареи с существенно различающимся внутренним сопротивлением соединить параллельно, распределение тока будет крайне неравномерным — новая батарея с более низким внутренним сопротивлением будет пропускать больший ток, в то время как старая батарея с более высоким внутренним сопротивлением будет работать лишь «вполсилы». Результатом является ускоренное старение новой батареи и снижение эффективности системы.
Давайте поговорим о степени деградации. Различная степень деградации новых и старых батарей означает, что их полезная емкость различается. Две батареи, номинальная емкость которых составляет 10 кВт·ч, могут иметь новую батарею с фактической полезной емкостью 9,5 кВт·ч, в то время как старая батарея с деградацией на 5% может иметь всего 9 кВт·ч. Если эти две батареи соединены параллельно, система будет управлять ими, исходя из верхнего предела емкости старой батареи — новая батарея не сможет эффективно разряжать свой заряд. Кроме того, система управления батареями (BMS) обычно устанавливает напряжение отключения заряда/разряда на основе среднего значения общей емкости, что потенциально может «сопутствующим образом повредить» новую батарею — либо препятствуя ее полной зарядке, либо разрядке.
Ещё один момент, который легко упустить из виду, заключается в том, что разные марки батарей могут иметь разные протоколы и стратегии управления BMS. При параллельном подключении две системы BMS должны взаимодействовать и координировать свои действия. Если протоколы несовместимы, может возникнуть ситуация, когда «два лидера ревут друг друга», что приведёт к защитному отключению системы или даже создаст опасность перезаряда и переразряда.
Вкратце, основные риски, связанные со смешиванием новых и старых батарей, заключаются в следующем: неравномерное распределение тока из-за несоответствия внутреннего сопротивления, хаос в управлении из-за несовместимости протоколов BMS, а также потери емкости и снижение эффективности системы из-за различий в степени деградации. Каждая из этих трех проблем является существенной.
II. Правильный способ расширения систем хранения энергии
Если мы утверждаем, что новые и старые батареи не следует смешивать и сочетать, то как же правильно увеличить емкость батарей?
Первый способ: вставьте новые батареи той же модели и партии.
Это идеальный сценарий. Если вы можете приобрести батареи той же модели и партии, что и ваши существующие, с практически одинаковым внутренним сопротивлением и степенью деградации, то после параллельного подключения возникнет гораздо меньше проблем. Однако в реальности продукция из той же партии может быть снята с производства или её может быть трудно достать из-за ограниченных каналов сбыта. Если вам удастся их найти, это остаётся наиболее рекомендуемым методом расширения ёмкости.
Второй подход: позволить старой системе управления батареями (BMS) управлять новыми батареями единообразно.
Некоторые марки аккумуляторов поддерживают режим «ведущий-ведомый», в котором существующая система управления батареей (BMS) выступает в роли ведущего устройства, а вновь добавленный аккумулятор — в роли ведомого. Информация от ведомых аккумуляторов передается на ведущую BMS для управления. Этот метод требует, чтобы существующая BMS поддерживала этот режим расширения, а новый аккумулятор должен быть той же марки и модели, что и оригинальный; в противном случае протокол будет несовместим. Операция включает в себя сначала полную зарядку нового аккумулятора отдельно, что позволяет BMS определить и откалибровать параметры его емкости, а затем их параллельное подключение.
Третий подход: добавить отдельную систему хранения энергии.
Это самый безопасный, но и самый дорогой подход. Рядом с существующей системой хранения энергии устанавливается отдельная система аккумуляторов и инвертора, при этом каждая система управляется и учитывается отдельно. Преимущество этого подхода заключается в отсутствии проблем несовместимости между старыми и новыми аккумуляторами, а также в том, что две системы не мешают друг другу. Недостатки — увеличение стоимости и необходимость учитывать наличие у инвертора дополнительных интерфейсов для подключения аккумуляторов.
Четвертый способ: Замените все батарейки.
Если существующая батарея сильно износилась (например, использовалась более 8 лет, износ составил более 30%), вместо того чтобы её ремонтировать, лучше полностью её заменить. Старую батарею можно снять и продать (некоторые пункты переработки её покупают), а затем заменить новой, придав системе обновлённый вид. Этот метод требует больших первоначальных вложений, но в долгосрочной перспективе он более безопасен.
III. Конкретные шаги для параллельного расширения систем хранения энергии
Если вы решили добавить батареи к существующей системе хранения энергии, независимо от способа, необходимо помнить о следующих шагах.
Первый шаг — убедиться, поддерживают ли инвертор и BMS расширение емкости. Не все системы хранения энергии допускают расширение. Некоторые инверторы или BMS от небольших производителей поддерживают только батареи определенной емкости и не позволяют расширять систему; принудительное расширение может привести к несовместимости системы. Проверьте параметры «максимальная емкость батареи» и «максимальное количество параллельных подключений» в руководстве по эксплуатации инвертора или обратитесь непосредственно к производителю.
Второй шаг — активация и тестирование новой батареи отдельно. После получения новой батареи не подключайте ее напрямую к существующей системе. Сначала полностью зарядите новую батарею с помощью специального зарядного устройства (или дайте инвертору распознать новую батарею отдельно) и понаблюдайте за любыми отклонениями во время зарядки — нормально ли напряжение, стабилен ли зарядный ток и нормальна ли температура батареи. При обнаружении каких-либо отклонений немедленно прекратите зарядку и свяжитесь с поставщиком.
Третий шаг — отключение питания для обеспечения безопасности. Все операции, связанные с подключением батареи, должны выполняться при выключенном питании. Выключите инвертор, отсоедините выключатель батареи и с помощью мультиметра убедитесь в отсутствии остаточного напряжения. В источнике постоянного тока нет нейтрального провода, который можно было бы отключить; единственная мера безопасности — убедиться, что источник питания действительно отключен.
В-четвертых, правильно подключите линии связи и питания. Линию связи (CAN или RS485) для параллельно подключенных батарей необходимо подключить первой, чтобы система управления батареей (BMS) могла распознать новую батарею до подачи питания. Точки параллельного подключения линий питания (положительный и отрицательный полюса) должны находиться в одном и том же месте, чтобы обеспечить хороший контакт и предотвратить перегрев и возгорание из-за ненадежных соединений.
Шаг 5: Отладка и мониторинг. После завершения параллельного подключения дайте системе поработать несколько дней и постоянно наблюдайте за несколькими ключевыми показателями: сбалансированы ли токи зарядки и разрядки новой батареи, соответствуют ли значения SOC (состояния заряда) новой и старой батарей, и есть ли в системе какие-либо аномальные сигналы тревоги. Если обнаружено серьезное неравномерное распределение тока (например, новая батарея разряжается со скоростью 20 А, а старая — только со скоростью 5 А), это указывает на серьезную проблему несоответствия внутреннего сопротивления, которую необходимо незамедлительно устранить.
IV. Типичные проблемы и решения в процессе расширения производственных мощностей
На практике параллельное соединение новых и старых батарей может привести к различным проблемам. Вот некоторые из наиболее распространенных и соответствующие им решения.
Вопрос 1: Новая батарея значительно перегревается после параллельного подключения. Перегрев указывает на то, что новая батарея пропускает чрезмерный ток, возможно, из-за неравномерного распределения тока, вызванного различиями во внутреннем сопротивлении. Решение состоит в том, чтобы уменьшить нагрузку или временно отключить новую батарею от системы для отдельной проверки. Если новая батарея по-прежнему значительно перегревается при автономной работе, возможно, у нее есть проблемы с качеством, и необходимо обратиться к поставщику для замены.
Вопрос 2: Системная ошибка «Несоответствие батарей». Это защитная ошибка, срабатывающая, когда система управления батареей (BMS) обнаруживает существенное различие в параметрах между старой и новой батареями. Решение заключается в том, чтобы зайти в меню настроек BMS и проверить, есть ли там опция отключения «Обнаружения совместимости батарей» (поддерживается некоторыми производителями). Если нет, попробуйте обновить прошивку BMS до последней версии. Если проблема сохраняется, возможно, потребуется заменить старую батарею или использовать отдельное системное решение.
Вопрос 3: Новый аккумулятор не может быть полностью заряжен или разряжен. Это происходит потому, что система управления батареей (BMS) установила точки отключения зарядки/разрядки на основе верхнего предела емкости старого аккумулятора. Решение состоит в том, чтобы система BMS перекалибровала емкость аккумулятора — завершив полный цикл зарядки/разрядки, BMS сможет повторно определить фактическую емкость нового аккумулятора. Некоторые производители BMS поддерживают ручную настройку параметров емкости каждого аккумулятора; вы можете вручную ввести номинальную емкость нового аккумулятора.
Вопрос 4: После параллельного соединения эффективность системы значительно снижается. Если после параллельного соединения общая эффективность системы ниже, чем до него, это указывает на то, что несоответствие внутреннего сопротивления между старой и новой батареями повлияло на производительность системы. В этом случае может потребоваться перевести новую батарею в режим «только зарядка», то есть новая батарея получает только избыточную энергию и не участвует в разрядной нагрузке. Хотя этот режим не является оптимальным решением, он может предотвратить снижение производительности новой батареи из-за старой.
Заключение
Вопрос о том, можно ли использовать новые и старые батареи одновременно, не имеет однозначного ответа «да» или «нет», а скорее сводится к тому, что «как правило, это не рекомендуется, если только это не является абсолютно необходимым».
Если вашей системе хранения энергии требуется расширение, наилучший подход — добавить батареи одной модели и партии, что позволит системе управления батареей (BMS) управлять ими единообразно. Если найти батарею той же модели не удается, следующий лучший вариант — добавить отдельную систему хранения энергии. Наименее рекомендуемый подход — произвольное смешивание старых батарей разных марок, характеристик и уровней износа: экономия на затратах на расширение может обернуться снижением эффективности системы, сокращением срока службы батарей и даже рисками для безопасности.
Когда речь идет о расширении систем хранения энергии, всегда разумно проявлять осторожность. В конце концов, батарея является ядром системы хранения энергии; если это ядро выйдет из строя, ценность всей системы снизится.
Надеемся, эта статья поможет вам разобраться, что нужно сделать перед модернизацией инвертора или увеличением емкости аккумулятора. Если у вас остались конкретные вопросы, безопаснее всего обратиться к производителю инвертора или аккумулятора, поскольку они лучше всего знакомы с вопросами совместимости и решениями по модернизации своей продукции.
Пожалуйста, свяжитесь с Саймоном как можно скорее, чтобы обсудить ваш проект:
WeChat: TY530643572
Телефон: +86 137 1166 0041
