1. BMS (Sistema de gestão da bateria)
Definição: É o "cérebro" do sistema de baterias, responsável pela monitorização em tempo real do estado da bateria, gestão de energia, comunicação e diagnóstico, proteção de segurança e controlo de equilíbrio, garantindo um funcionamento seguro, eficiente e de longa duração do sistema de baterias.
Nota:
- Um BMS é composto por hardware e software.
- O desempenho do BMS determina diretamente a segurança, a fiabilidade e a eficiência económica de todo o sistema.
2. SOC (State of Charge) - Simplificando: Capacidade restante
Definição: A percentagem da capacidade restante atual da bateria em relação à sua capacidade nominal, ou seja, SOC = (Capacidade restante / Capacidade nominal) x 100%.
Nota:
- O SOC é uma base fundamental para os mecanismos de proteção, estratégias de carga e descarga, controlo de equilíbrio e feedback do estado do BMS.
- O valor do SOC é estimado pelo BMS através de um algoritmo e não medido diretamente. Por conseguinte, uma estratégia de estimativa exacta do SOC é fundamental para o BMS.
- A fórmula de cálculo do SOC é: SOC = Capacidade restante / Capacidade total. À medida que uma bateria se degrada, a sua capacidade máxima diminui. Para refletir com maior precisão a carga restante atual da bateria, a capacidade total deve ser a capacidade total real ao longo da sua vida útil atual, também conhecida como a capacidade em tempo real. Este SOC calculado reflecte com maior precisão a carga restante da bateria, ajudando a avaliar com maior precisão a vida útil da bateria e outros aspectos, fornecendo aos utilizadores informações de energia mais fiáveis.
3. Estado de saúde (SOH)
Definição: O rácio entre a capacidade real atual de uma bateria e a sua capacidade nominal inicial, ou seja, SOH = (capacidade real atual / capacidade nominal inicial) × 100%.
Notas:
- Este é um indicador-chave que mede a extensão da degradação do desempenho da bateria relativamente ao seu estado inicial. Reflecte principalmente a degradação dos principais indicadores de desempenho, como a capacidade da bateria e a resistência interna. Os utilizadores podem avaliar intuitivamente o estado de envelhecimento da bateria, fornecendo uma base para decisões de manutenção e substituição.
- Tal como o SOC, o SOH também é estimado através de um algoritmo.
- Atualmente, a indústria assume geralmente que um SOH de 70% marca o fim da vida útil de um sistema de armazenamento de energia.
4. DOD (Profundidade de descarga)
Definição: A percentagem da capacidade descarregada de uma bateria em relação à sua capacidade nominal, ou seja, DOD = (Capacidade descarregada/Capacidade nominal) x 100%.
Nota:
- Este é um indicador chave para medir o grau de descarga num sistema de baterias, fornecendo uma indicação visual da capacidade de descarga do sistema de armazenamento de energia.
- Diferentes DODs podem também afetar o desempenho das baterias de lítio (em comparação com as baterias de chumbo-ácido, o impacto do DOD nas baterias de lítio é muito menor, mas não pode ser completamente ignorado).
5. Taxa de carga/descarga (C-Rate)
Definição: O rácio entre a corrente de carga/descarga e a capacidade nominal. Por exemplo, 0,5C significa carregar/descarregar com uma corrente de metade da capacidade da bateria.
- A taxa máxima de carga/descarga representa o limite superior da capacidade de carga/descarga admissível do sistema de armazenamento de energia. No entanto, na prática, este valor nem sempre é mantido; a procura efectiva determina a taxa máxima de carga/descarga.
- A taxa de carga/descarga representa visualmente a capacidade máxima de carga/descarga do sistema de armazenamento de energia. A capacidade de funcionamento de todo o sistema de armazenamento de energia serve como uma base importante para a correspondência da potência do dispositivo.
- Os sistemas de armazenamento de energia são maioritariamente de 0,5C, enquanto 1C é mais utilizado para serviços de modulação de frequência e modulação de amplitude.
- A taxa máxima de carga e descarga de uma célula de bateria indica a sua capacidade. O BMS pode redefinir este valor com base nas necessidades reais para determinar a capacidade do sistema de armazenamento de energia.
6. Contagem de ciclos
A contagem de ciclos é uma métrica essencial para medir a vida útil de um sistema de armazenamento de energia. No entanto, a maioria dos produtos no mercado apresenta atualmente ambiguidades na definição, estimativa e dados experimentais da contagem de ciclos. Só compreendendo os conceitos básicos da contagem de ciclos é que podemos avaliar a qualidade de um sistema de armazenamento de energia ou, mais exatamente, determinar se a comercialização de um produto é fraudulenta.
Este artigo analisa as disposições relevantes das "GB/T 36276-2023 Baterias de iões de lítio para armazenamento de energia":
"Ciclos de carga e descarga à potência nominal" é definido como o número garantido de ciclos em que a energia da bateria decai para o valor nominal, em condições especificadas, quando carregada e descarregada ciclicamente à potência nominal.
Esta norma nacional especifica os critérios para os ensaios de desempenho de ciclos, mas não define claramente o número de ciclos necessários para a vida útil. Este facto deixa uma ampla margem de manobra para que muitos fabricantes de sistemas de armazenamento de energia deturpem a contagem de ciclos.
A definição de contagens de ciclos tem três elementos-chave:
Em condições específicas:
- Temperatura ambiente: Geralmente, assume-se uma temperatura da célula de 25±2°C. Na prática, é difícil conseguir um controlo consistente da temperatura e esta pode diferir das condições de ensaio.
- Tensão de corte de carga e descarga: De acordo com dados relevantes, a tensão de corte de carga e descarga para células de armazenamento de energia é de 2,5-3,65V. Isto varia consoante os módulos de bateria: 2,7-3,65V é a mais comum, mas 2,8-3,55V e 2,8V-3,6V também são comuns.
- Definição de um ciclo: Uma carga e uma descarga completas (capacidade de descarga = capacidade nominal) constituem um ciclo. Algumas descrições ambíguas comuns incluem:
- DOD 90%, contagem de ciclos 10.000: A capacidade de descarga a 90% DOD é definida como a capacidade de funcionamento do sistema de armazenamento de energia? Se se basear na capacidade de funcionamento a 90% DOD, é definida a contagem de ciclos?
- 10.000 ciclos: Trata-se de uma condição de ensaio completamente ambígua, que não especifica a profundidade da descarga nem se a capacidade nominal é utilizada como um ciclo cumulativo.
- A contagem de ciclos é testada para a célula, módulo, conjunto de baterias ou sistema de armazenamento de energia?
Potência nominal de carga e descarga cíclica:
Diferentes potências de carga e descarga também podem afetar a contagem de ciclos da bateria. Por exemplo, para o mesmo sistema de armazenamento de energia, as contagens de ciclos obtidas com carga e descarga de 0,5C versus carga e descarga de 0,2C serão definitivamente diferentes.
Valor de Atenuação Garantido:
Valores comuns, como 70% SOH e 80% SOH, que definem o estado de saúde no final da vida útil de uma bateria, podem afetar significativamente a contagem de ciclos.
A Mate Solar considera que o número de ciclos dos sistemas de armazenamento de energia raramente se baseia em dados empíricos; as conclusões são frequentemente retiradas de experiências teóricas. Alguns fabricantes exageram ou confundem as afirmações. Os utilizadores finais devem estar atentos, compreender bem a situação à partida e definir claramente os acordos de garantia para proteger os seus próprios interesses.
Arquitetura BMS de três níveis
7. BMU (Unidade de gestão da bateria): Um nome comum, sem um nome estrito e normalizado.
Uma BMU é normalmente instalada no interior do conjunto de baterias. A sua função principal é recolher dados de tensão e temperatura das células dentro do conjunto e implementar estratégias de equilíbrio da bateria.
8. BCMU (Unidade de gestão do grupo de baterias): Um nome comum, sem um nome estrito e normalizado. Também conhecido como BCU/ESBCM.
Uma BCMU é frequentemente instalada dentro de uma caixa de proteção de alta tensão. A sua função principal é recolher informações da BMU de primeiro nível, recolhendo dados de tensão, corrente e isolamento do conjunto de baterias e controlando os contactores de proteção do conjunto de baterias.
9. BSMU (Battery Stack Management Unit): A Unidade de gestão do sistema de baterias (BSU), vulgarmente conhecida como unidade de gestão do sistema de baterias (BSU), não possui uma norma rigorosa e unificada. Pode ser designada por BSU, ESMU, BAMS ou BAU.
É frequentemente instalado no gabinete do combinador do grupo de baterias. A sua função principal é recolher, armazenar e apresentar informações transmitidas pela BCMU de segundo nível. Também fornece alarmes em tempo real, controlo do disjuntor principal, feedback de contactos e comunicação em tempo real com o PCS, EMS e monitorização no local.