À grande échelle systèmes de stockage d'énergie au lithium haute tension Le fonctionnement en parallèle de groupes de batteries est une architecture courante utilisée pour obtenir une capacité plus élevée, une meilleure évolutivité de la puissance et une fiabilité système accrue. EverExceed Cette architecture est largement utilisée dans le stockage d'énergie à grande échelle, les systèmes d'alimentation de secours par onduleur et les solutions d'alimentation industrielle. Cependant, si le raccordement en parallèle offre des avantages considérables, il soulève également des défis techniques qui doivent être gérés avec soin.

Principaux avantages (Avantages)

1. Évolutivité flexible et conception modulaire

Extension de capacité et de puissance à la demande :
En augmentant ou en diminuant le nombre de groupes de batteries en parallèle, la capacité et la puissance du système peuvent être adaptées avec souplesse sans avoir à repenser l'ensemble du système de batteries. Cette architecture parallèle est donc idéale pour les applications modulaires de stockage d'énergie et d'alimentation sans coupure.

Fabrication standardisée :
Chaque bloc de batteries peut être conçu et produit de manière standardisée, en série, ce qui contribue à réduire les coûts de fabrication tout en garantissant la constance et la qualité du produit.

Facilité d'entretien et de remplacement :
En cas de défaillance d'un seul groupe de composants, celui-ci peut être isolé électriquement, réparé ou remplacé sans interrompre le fonctionnement de l'ensemble du système, ce qui améliore considérablement la disponibilité et la maintenabilité du système.

2. Redondance et fiabilité du système accrues

Redondance N+1 :
Un groupe de batteries supplémentaire peut être configuré afin que, même en cas de défaillance d'un groupe, le système puisse continuer à fonctionner à sa puissance nominale, assurant ainsi une alimentation ininterrompue pour les charges critiques telles que les centres de données et les installations industrielles.

Capacité d'isolation des défauts :
Les pannes telles que les courts-circuits internes ou les dysfonctionnements du système de gestion technique du bâtiment (GTB) peuvent être circonscrites à un seul groupe de générateurs. L'utilisation d'isolateurs et de contacteurs CC permet de déconnecter rapidement les défauts, réduisant ainsi le risque systémique.

3. Amélioration de l'efficacité et optimisation opérationnelle

Courant réduit par groupe :
Le partage du courant en parallèle réduit le courant traversant chaque groupe de batteries, diminuant ainsi les contraintes électriques sur les connecteurs, les câbles et les cellules. Cela diminue les pertes par effet Joule au sein du groupe.

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

et peut améliorer l'efficacité globale du système.

Flexibilité opérationnelle grâce à une planification intelligente :
Avancé Systèmes de gestion de l'énergie (EMS) Il est possible de répartir intelligemment les clusters en fonction des conditions en temps réel. Par exemple, les clusters présentant un SOC plus élevé et une résistance interne plus faible peuvent être priorisés, tandis que les clusters en surchauffe peuvent être temporairement mis hors ligne pour refroidissement, prolongeant ainsi la durée de vie du système.

Principaux défis et risques (inconvénients)

1. Courant de circulation (principal inconvénient)

Cause première:
En raison des différences inévitables de tension de sortie entre les groupes — dues à l'état de charge, à la température, à la résistance interne et au vieillissement —, les groupes ayant une tension plus élevée peuvent charger ceux ayant une tension plus faible, générant un courant de circulation qui ne circule pas vers la charge externe ou le réseau.

Les risques comprennent :

• Perte d'énergie : Le courant de circulation est directement converti en chaleur, ce qui réduit l'efficacité du système.

• Vieillissement accéléré : Certains groupes subissent des cycles de charge/décharge inutiles, ce qui accélère la dégradation de leur capacité.

• Risque de surintensité : Des courants de circulation importants peuvent dépasser les valeurs nominales des fusibles, des contacteurs ou des dispositifs de puissance, ce qui peut entraîner des défaillances.

2. Incohérence accrue et complexité de contrôle accrue

« Effet du maillon faible » :
Dans les systèmes parallèles, la capacité totale utilisable est limitée par le groupe de cellules qui atteint en premier ses limites de charge ou de décharge. Toute incohérence réduit directement la capacité effective du système.

Complexité des systèmes de gestion de bâtiments multicouches :
Les systèmes à haute tension en parallèle nécessitent généralement un architecture de contrôle à trois niveaux :
Système de gestion de batterie (BMS) au niveau cellulaire → Système de gestion de batterie (BMS) au niveau du cluster → Système de gestion de l'énergie (EMS) au niveau du système.
Le système de gestion de l'énergie (EMS) doit exécuter des algorithmes sophistiqués pour l'équilibrage du courant, l'égalisation de l'état de charge (SOC) et l'évaluation de l'état, ce qui augmente considérablement la complexité des logiciels et des communications.

3. Coordination de la protection et risques pour la sécurité

Courant de défaut extrêmement élevé :
Lors d'un court-circuit côté courant continu, tous les groupes de batteries en parallèle se déchargent simultanément au point de défaut, générant des courants de court-circuit extrêmement élevés. Ceci impose des exigences strictes aux disjoncteurs et aux dispositifs de protection des circuits CC.

Défis liés à la sélectivité de la protection :
Les seuils de protection et les temps de réponse doivent être précisément coordonnés à tous les niveaux (cellule, module, cluster, système) afin de garantir que seule la plus petite unité défectueuse soit isolée, évitant ainsi les défaillances en cascade.

4. Investissement initial et coût du système

Composants redondants supplémentaires :
Chaque groupe de batteries nécessite son propre système de gestion de batterie (BMS), ses contacteurs, ses fusibles et, dans certains cas, des convertisseurs CC/CC pour l'équilibrage actif du courant, ce qui augmente les coûts matériels.

Coût d'intégration système plus élevé :
La complexité de la conception électrique, la gestion thermique coordonnée et le développement de logiciels de contrôle avancés augmentent considérablement les coûts d'ingénierie et de mise en service.

Solutions techniques clés : comment maximiser les avantages et atténuer les risques

1. Isolation et régulation actives basées sur un convertisseur CC/CC

Chaque bloc de batteries est équipé d'un convertisseur CC/CC bidirectionnel à sa sortie.

Avantages :

• Élimine complètement le courant de circulation

• Permet un contrôle indépendant de la charge/décharge pour chaque groupe

• Optimise la capacité utilisable et la stabilité du système

• Représente la solution la plus efficace pour gérer l'incohérence

Compromis :

• Augmentation du coût et du volume du système

• Légère perte d'efficacité (généralement toujours >97%)

2. Équilibrage passif du courant avec gestion avancée

Correspondance stricte des clusters :
Avant la mise en parallèle, les groupes sont soigneusement appariés en termes de tension, de résistance interne et de capacité.

Algorithmes BMS avancés au niveau du cluster :
L'estimation précise de l'état de charge (SOC) et de l'état de santé (SOH) permet au système de gestion de l'énergie (EMS) d'optimiser les stratégies de répartition et de contrôler dynamiquement la participation des groupes.

Mesures de suppression du courant de circulation :
Utilisation de résistances d'amortissement ou de topologies optimisées pour limiter l'amplitude du courant de circulation.

Résumé et conclusion

Recommandation finale

Fonctionnement parallèle de grappes de batteries au lithium haute tension est essentiel pour le passage à l'échelle moderne systèmes de stockage d'énergie mais sa mise en œuvre réussie dépend fortement de :

1. Appariement précis des cellules et des clusters

2. Puissant et intelligent à plusieurs niveaux BMS et EMS

3. Conception électrique et de sécurité rigoureuse, notamment pour la coordination des protections et la suppression des courants de circulation

4. Compromis coût-performance :

   • Pour les applications exigeantes efficacité et constance maximales Les architectures isolées DC/DC sont recommandées

   • Pour les projets sensibles aux coûts et comportant des grappes bien homogènes, des solutions de gestion passive avancées peuvent être appliquées.

À EverExceed Ces principes sont pleinement intégrés à la conception de notre Systèmes de batteries au lithium haute tension pour le stockage d'énergie, l'alimentation de secours UPS, les centres de données et les applications énergétiques industrielles , garantissant un fonctionnement sûr, une efficacité élevée et une fiabilité à long terme.