D-Cube System Magazynowania Energii – Standardowe definicje ładowania/rozładowania oraz SOH/SOC

D-Cube System Magazynowania Energii – Standardowe definicje ładowania/rozładowania oraz SOH/SOC

Zakres stosowania: Trzy typowe warianty serii Hoenergy D-Cube – 261 / 418 / 5016 kWh

1 Parametry znamionowe typowych modeli

Uwaga: Pojemność znamionowa obliczana jest według wzoru $S(rated) = E(rated) / U(avg,cell)$, przy czym średnie napięcie robocze ogniwa przyjmuje typową wartość dla LFP wynoszącą 3,2 V. Szczegółowa konfiguracja elektryczna (liczba pakietów, liczba ogniw połączonych szeregowo, topologia szeregowo-równoległa) znajduje się w kartach katalogowych poszczególnych modeli.

2 Cykl ładowania/rozładowania ogniwa litowo-jonowego

Pełna definicja: Najpierw rozładuj ogniwo do 2,9 V, następnie stałym prądem naładuj do 3,65 V, a potem ponownie rozładuj do 2,9 V — cała ta sekwencja stanowi 1 cykl.

Kluczowe elementy:

• Warunek zakończenia: napięcie ogniwa (nie SOC systemu)
• Napięcie końcowe rozładowania: 2,9 V (dolna granica okna napięcia roboczego D-Cube)
• Napięcie końcowe ładowania: 3,65 V
• Sposób ładowania: stałoprądowy (CC)
• DoD ogniwa: 100% (względem zakresu napięcia ogniwa)

Granica względem karty katalogowej ogniwa: Zakres 2,9 V–3,65 V podany w tej sekcji stanowi okno napięcia roboczego wymuszane przez BMS systemu D-Cube; bezpieczne napięcie robocze ogniwa podane w karcie katalogowej wynosi zazwyczaj 2,5 V–3,65 V (specyfikacja producenta). Szerszy zakres napięcia stanowi zapas inżynieryjny zarezerwowany na testy ekstremalne, do którego system nie dochodzi podczas normalnej pracy.

3 Cykl na poziomie systemu D-Cube

Pełna definicja: System rozładowany z 100% SOC do 5% SOC, a następnie naładowany do 100% SOC, stanowi 1 cykl systemowy.

Kluczowe elementy:

• Warunek zakończenia: SOC systemu (nie napięcie ogniwa)
• SOC końcowy rozładowania systemu: 5%
• SOC końcowy ładowania systemu: 100%
• Faktycznie dostępna energia = 95% × energia znamionowa
• DoD systemu: 95% (względem zakresu dostępnej energii)

3.1 Porównanie cyklu ogniwa i cyklu systemu

4 Obliczanie SOH metodą integracji amperogodzin

Metoda integracji amperogodzin polega na całkowaniu prądu ładowania/rozładowania baterii w czasie, w celu obliczenia ilości energii pobranej lub dostarczonej, co pozwala wyznaczyć pozostałą pojemność baterii (SOC) lub ocenić jej stan zdrowia (SOH).

4.1 Podstawowe wzory

Obliczanie SOC w czasie rzeczywistym:

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

Gdzie:

• I(τ) = prąd chwilowy (dodatni przy ładowaniu, ujemny przy rozładowaniu)
• C(rated) = pojemność znamionowa baterii (Ah)
• SOC(t₀) = początkowa wartość SOC

Obliczanie SoH:

$$SOH(t) = \frac{\text{faktycznie dostępna pojemność}(t)}{S_{rated}}$$

Faktycznie dostępna pojemność jest szacowana przez BMS na podstawie długoterminowej kumulacji Ah ładowania i rozładowania — np. gdy łączna liczba rozładowanych Ah osiągnie wartość S(rated), odnotowywane jest jedno pełne rozładowanie, z korektą w punktach automatycznej kalibracji pełnego naładowania.

4.2 Zasada działania

Proces ładowania: czujnik prądu mierzy w czasie rzeczywistym prąd ładowania (wartość dodatnia), BMS z częstotliwością próbkowania rzędu milisekund akumuluje ∫I dt, uzyskując „liczbę Ah dostarczonych”, na podstawie której wyznacza wzrost SOC.

Proces rozładowania: czujnik prądu mierzy w czasie rzeczywistym prąd rozładowania (wartość ujemna), BMS kontynuuje akumulację w kierunku przeciwnym, uzyskując „liczbę Ah pobranych”, na podstawie której wyznacza spadek SOC.

Przykład: szafa 261 kWh (S(rated) = 81 640 Ah)

• SOC początkowe = 50%, tj. dostarczone 40 820 Ah
• Rozładowanie stałym prądem 314 A przez 1 godzinę: pobrane 314 Ah
• Nowe SOC = (40 820 − 314) / 81 640 = 49,62%

6 Sposoby kalibracji SOC

SOC (State of Charge, stan naładowania) jest automatycznie kalibrowany przez BMS do 100% przy każdym pełnym naładowaniu systemu.

Zasada działania:

1. Za każdym razem, gdy system zostanie naładowany do stanu pełnego naładowania (spełniony warunek zakończenia ładowania), BMS automatycznie resetuje SOC do 100%.
2. Kryterium pełnego naładowania: napięcie ogniwa osiąga 3,65 V i utrzymuje się przez określony czas, lub prąd ładowania spada poniżej ustawionego progu (standardowa logika zakończenia CC-CV).
3. Podczas kalibracji BMS śledzi wartość SOC w czasie rzeczywistym metodą integracji amperogodzin.
4. Proces wykonywany jest w pełni automatycznie, bez ingerencji człowieka.

Porównanie kalibracji SOC i kalibracji SoH

7 Rejestrowanie cykli przez BMS i metodyka zliczania EFC

Definicja cyklu w fazie eksploatacji (1 EFC, Equivalent Full Cycle — Ekwiwalentny Pełny Cykl):

1. System ładowany do SoH × S(rated)
2. Następnie rozładowywany do 0,95 × SoH × S(rated)

Reguła zliczania EFC: Każdy opisany powyżej cykl liczony jest jako 1 EFC. Łączna energia przepustowa zobowiązana umową obliczana jest według wzoru:

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

Przepływ danych: BMS (lokalne zliczanie cykli) → lokalny EMS (agregacja, zapis) → nadrzędny EMS klienta (wyświetlanie w chmurze, raporty)

Cykl fabryczny SAT a cykl eksploatacyjny

8 Ekwiwalentny cykl EFC

EFC to suma wszystkich operacji ładowania i rozładowania baterii przeliczona na liczbę pełnych pojemności. To jak obliczenie, ile „pełnych szklanek wody" wypiłeś łącznie — niezależnie od tego, czy za każdym razem piłeś pół szklanki, czy jedną trzecią, przeliczasz to na „pełne szklanki".

8.1 Dlaczego potrzebujemy EFC

• W praktyce bateria nie jest rozładowywana za każdym razem od 0% do 100%. Może tym razem rozładujesz 30%, następnym 50%, a kolejnym 80%.

• Jeśli liczyć „po liczbie zdarzeń": 3 razy.

• Ale faktyczna suma pracy baterii = 30% + 50% + 80% = 160% = 1,6 EFC.

• EFC trafniej odzwierciedla to, jak bardzo bateria się „zmęczyła".

8.2 Przykład

Szafa bateryjna D-Cube-261D, pojemność liczona jako jedna kompletna szafa:

Widać, że w przypadku tych samych „ładowań i rozładowań" trzeci scenariusz, choć ma wiele zdarzeń, każde z nich jest płytkie i mniej obciąża baterię, więc przeliczenie na EFC jest uzasadnione.

8.3 Jak obliczyć żywotność

Zobowiązanie „8000 EFC lub 10 lat" oznacza:

• Bateria osiąga koniec żywotności po oddaniu 8000 „pełnych pojemności szafy"
• Albo po 10 latach eksploatacji, co również oznacza koniec żywotności
• Obowiązuje to, co nastąpi wcześniej

Jeśli bateria jest użytkowana płytko (0,5 EFC dziennie), może pracować 8000 ÷ 0,5 ÷ 365 ≈ 44 lata (wartość teoretyczna). Jeśli bateria jest użytkowana głęboko (2 EFC dziennie), wystarczy na 8000 ÷ 2 ÷ 365 ≈ 11 lat. Rzeczywiste warunki pracy decydują o faktycznej żywotności.

9 Szybki przegląd kluczowych parametrów

10 Pojemności końcowe cyklu dla typowych modeli (wartość bazowa SoH = 100%)