D-Cube systém pro ukládání energie – standardní definice nabíjení/vybíjení a SOH/SOC

D-Cube systém pro ukládání energie – standardní definice nabíjení/vybíjení a SOH/SOC

Oblast použití: Hoenergy řada D-Cube ve třech typických provedeních 261 / 418 / 5016 kWh

1 Jmenovité parametry typických modelů

Poznámka: Jmenovitá kapacita se počítá jako $S(rated) = E(rated) / U(avg,cell)$, přičemž průměrné pracovní napětí článku se bere jako typická hodnota LFP 3,2 V. Podrobná elektrická konfigurace (počet packů, počet sériově zapojených článků, topologie sériově-paralelního zapojení) je uvedena v technické specifikaci každého modelu.

2 Nabíjecí/vybíjecí cyklus lithium-iontového článku

Úplná definice: Nejprve se baterie vybije na 2,9 V, poté se konstantním proudem nabije na 3,65 V, a poté se znovu vybije na 2,9 V – tato celá sekvence představuje 1 cyklus.

Klíčové prvky:

• Ukončovací podmínka: napětí článku (nikoli SOC systému)
• Konečné napětí vybíjení: 2,9 V (spodní hranice pracovního napěťového okna D-Cube)
• Konečné napětí nabíjení: 3,65 V
• Způsob nabíjení: konstantní proud (CC)
• DoD článku: 100 % (vzhledem k rozsahu napětí článku)

Rozhraní se specifikací článků: Rozsah 2,9 V–3,65 V uvedený v této sekci je pracovní napěťové okno vynucované BMS systému D-Cube; bezpečné pracovní napětí článku uvedené ve specifikaci článků je obvykle 2,5 V–3,65 V (specifikace výrobce). Širší napěťový rozsah představuje konstrukční rezervu vyhrazenou pro mezní testování, která nebude při běžném provozu systému dosažena.

3 Cyklus na úrovni systému D-Cube

Úplná definice: Systém se vybije ze 100 % SOC na 5 % SOC a poté se nabije zpět na 100 % SOC – to představuje 1 systémový cyklus.

Klíčové prvky:

• Ukončovací podmínka: SOC systému (nikoli napětí článku)
• Konečné SOC vybíjení systému: 5 %
• Konečné SOC nabíjení systému: 100 %
• Skutečně využitelná energie = 95 % × jmenovitá energie
• DoD systému: 95 % (vzhledem k rozsahu využitelné energie)

3.1 Srovnání cyklu článku a systémového cyklu

4 Výpočet SOH metodou Ah integrace

Metoda Ah integrace spočívá v integraci nabíjecího/vybíjecího proudu baterie v čase, výpočtu množství dodané nebo odebrané elektrické energie a následném odvození zbývající kapacity baterie (SOC) nebo vyhodnocení zdravotního stavu baterie (SOH).

4.1 Základní vzorce

Výpočet SOC v reálném čase:

$$SOC(t) = SOC(t_0) + \frac{1}{C_{rated}} \times \int_{t_0}^{t} I(\tau) \, d\tau$$

kde:

• I(τ) = okamžitý proud (nabíjení kladné, vybíjení záporné)
• C(rated) = jmenovitá kapacita baterie (Ah)
• SOC(t₀) = počáteční hodnota SOC

Výpočet SoH:

$$SOH(t) = \frac{\text{skutečně využitelná kapacita}(t)}{S_{rated}}$$

Skutečně využitelná kapacita je BMS odvozena z dlouhodobé kumulace Ah dodaných a odebraných při nabíjení/vybíjení – například když kumulativní počet odebraných Ah dosáhne S(rated), zaznamená se jedno úplné vybití, s korekcí v bodech automatické kalibrace při plném nabití.

4.2 Princip fungování

Proces nabíjení: Proudový senzor měří v reálném čase nabíjecí proud (kladná hodnota), BMS s vzorkovací frekvencí v řádu milisekund akumuluje ∫I dt, čímž získá „počet dodaných Ah", a na základě toho odvozuje nárůst SOC.

Proces vybíjení: Proudový senzor měří v reálném čase vybíjecí proud (záporná hodnota), BMS pokračuje v akumulaci, ale v opačném směru, čímž získá „počet odebraných Ah", a na základě toho odvozuje pokles SOC.

Příklad: skříň 261 kWh (S(rated) = 81 640 Ah)

• Počáteční SOC = 50 %, tj. již dodáno 40 820 Ah
• Vybíjení konstantním proudem 314 A po dobu 1 hodiny: odebráno 314 Ah
• Nové SOC = (40 820 − 314) / 81 640 = 49,62 %

6 Způsoby kalibrace SOC

SOC (State of Charge, stav nabití) je BMS automaticky kalibrován na 100 % při každém úplném nabití systému.

Princip fungování:

1. Při každém nabití systému do stavu plného nabití (splnění ukončovací podmínky nabíjení) BMS automaticky vynuluje SOC na 100 %
2. Kritérium pro rozpoznání plného nabití: napětí článku dosáhne 3,65 V a setrvá po urstnou dobu, nebo nabíjecí proud klesne pod nastavenou prahovou hodnotu (standardní ukončovací logika CC-CV)
3. Během kalibrace BMS průběžně sleduje hodnotu SOC pomocí Ah integrace
4. Proces probíhá plně automaticky bez nutnosti zásahu obsluhy

Srovnání kalibrace SOC a kalibrace SoH

7 Záznam cyklů v BMS a pravidla počítání EFC

Definice provozního cyklu (1 EFC, Equivalent Full Cycle):

1. Systém se nabije na SoH × S(rated)
2. Poté se vybije na 0,95 × SoH × S(rated)

Pravidlo počítání EFC: Každý výše popsaný cyklus se počítá jako 1 EFC. Smluvní závazek celkové dodané energie se vypočítá takto:

$$E(total) = \text{počet EFC} \times S(rated) \times DoD$$

Datový tok: BMS (lokální počítání cyklů) → lokální EMS (agregace, ukládání) → nadřazený EMS zákazníka (cloudové zobrazení, reporty)

Výstupní SAT cyklus vs. provozní cyklus

8 Ekvivalentní EFC cyklus

EFC znamená sečíst veškeré nabíjení a vybíjení baterie a zjistit, kolik „plných nabití" bylo celkem odebráno. Je to jako počítat, kolik „plných sklenic vody" jste celkem vypili – bez ohledu na to, zda pokaždé vypijete půlku nebo třetinu sklenice, vše se přepočítává na „plné sklenice".

8.1 Proč je EFC potřeba

• Skutečná baterie se nevybíjí vždy z 0 % na 100 %. Jednou může vybit 30 %, podruhé 50 % a potřetí 80 %.

• Pokud bychom počítali „počet cyklů": 3 cykly.

• Ale skutečný celkový „pracovní výkon" baterie = 30 % + 50 % + 80 % = 160 % = 1,6 EFC.

• EFC realističtěji odráží, jak moc byla baterie celkově „zatěžována".

8.2 Příklad

Bateriová skříň D-Cube-261D, kapacita počítána jako 1 celá skříň:

Vidíte, že i když jde stále o „nabíjení a vybíjení", třetí případ má sice mnoho cyklů, ale každý je mělký, takže poškození baterie je malé. Přepočet na EFC proto dává smysl.

8.3 Jak se počítá životnost

Závazek „8000 EFC nebo 10 let" znamená:

• Jakmile baterie odebere 8000 „plných skříní" energie, dosáhne konce životnosti
• Nebo jakmile uplyne 10 let provozu, dosáhne konce životnosti
• Platí dřívější z těchto dvou kritérií

Pokud se baterie denně využívá mělce (0,5 EFC denně), teoreticky vydrží 8000 ÷ 0,5 ÷ 365 ≈ 44 let. Pokud se baterie denně využívá hluboce (2 EFC denně), vydrží pouze 8000 ÷ 2 ÷ 365 ≈ 11 let. Skutečná životnost závisí na reálných provozních podmínkách.

9 Rychlý přehled klíčových parametrů

10 Srovnání konečných kapacit cyklů typických modelů (referenční hodnota při SoH = 100 %)