Trạng thái sạc (SOC) và độ sâu xả ảnh hưởng đến năng lượng pin khả dụng như thế nào?

Một cục pin có dung lượng ghi trên nhãn 10 kWh không nhất thiết luôn cung cấp đủ 10 kWh mỗi khi xả. Lượng điện năng sử dụng được phụ thuộc vào phạm vi dung lượng cho phép, độ sâu xả, cài đặt dự trữ, tình trạng pin và các giới hạn do hệ thống quản lý pin đặt ra.

Sự khác biệt đó rất quan trọng trong lưu trữ pin vì dung lượng định mức, năng lượng sử dụng được và năng lượng dự trữ cho sao lưu không có cùng giá trị. Một sự so sánh thực tế bắt đầu bằng việc phân biệt SOC, DoD và năng lượng dự trữ thay vì coi dung lượng ghi trên nhãn là toàn bộ năng lượng khả dụng.

Trạng thái sạc của pin là gì?

Trạng thái sạc (SOC) mô tả lượng điện tích còn lại trong pin so với dung lượng khả dụng tại thời điểm đó. Pin ở mức SOC 100% gần đạt giới hạn hoạt động tối đa do hệ thống quy định. Ở mức SOC 50%, lượng điện tích còn lại chỉ còn khoảng một nửa. Ở mức SOC thấp, hệ thống quản lý pin (BMS) có thể hạn chế việc xả điện thêm trước khi các cell pin đạt đến giới hạn không an toàn.

SOC là một giá trị ước tính chứ không phải là giá trị mà cảm biến đọc trực tiếp. Hệ thống quản lý pin (BMS) sử dụng dòng điện, điện áp, nhiệt độ đo được, kiểu pin và dữ liệu hiệu chuẩn để ước tính giá trị này. Giá trị ước tính đó cũng có thể thay đổi khi pin cũ đi hoặc điều kiện hoạt động khác với điều kiện được sử dụng để hiệu chuẩn.

SOC khác với tình trạng pin.

SOC trả lời câu hỏi “hiện tại còn bao nhiêu điện tích?”. Tình trạng sức khỏe (SOH) giải quyết một câu hỏi khác: tình trạng hiện tại của pin so với tình trạng trước đó hoặc tình trạng định mức như thế nào. Một viên pin có thể có SOC cao nhưng tổng dung lượng vẫn thấp hơn so với khi mới mua.

Việc tách biệt hai khái niệm này giúp tránh một lỗi thường gặp khi đọc dữ liệu giám sát. Pin đã được sạc đầy không nhất thiết có nghĩa là pin vẫn giữ được dung lượng năng lượng ban đầu.

Độ sâu xả nước có nghĩa là gì?

Độ sâu xả (Depth of discharge, hay DoD) mô tả mức độ dung lượng của pin đã được sử dụng trong một khoảng thời gian xả. Trong một ví dụ đơn giản, một pin bắt đầu ở mức 100% SOC và kết thúc ở mức 20% SOC thì đã sử dụng độ sâu xả là 80%.

Do đó, SOC và DoD mô tả phạm vi hoạt động từ những góc độ khác nhau. SOC tập trung vào lượng chất lỏng còn lại tại một thời điểm nhất định; DoD tập trung vào lượng chất lỏng đã được sử dụng trong suốt khoảng thời gian xả.

Sự khác biệt này trở nên quan trọng hơn trong các hệ thống thực tế không phải lúc nào cũng bắt đầu ở mức SOC 100%. Pin có thể bắt đầu xả vào buổi tối ở mức 85%, dừng lại ở 25%, và vẫn còn dung lượng dự trữ để sao lưu. Trong trường hợp đó, khoảng thời gian hoạt động quan trọng hơn là một phép tính tắt đơn giản "100 trừ đi SOC".

Tại sao dung lượng định mức của pin lại khác với năng lượng thực tế sử dụng được?

Năng lượng định mức hoặc danh nghĩa mô tả dung lượng lưu trữ được ghi trên nhãn của pin trong các điều kiện xác định. Đây là một thông tin tham khảo hữu ích, nhưng nó không có nghĩa là toàn bộ con số đó đều khả dụng cho mọi mục đích hoạt động.

Hệ thống quản lý pin (BMS) thường duy trì điện áp và trạng thái sạc (SOC) trong phạm vi cho phép. Một phần năng lượng cũng có thể được giữ lại để dự phòng, bảo vệ lỗi hoặc cho các sự kiện vận hành sau này. Nhiệt độ, dòng điện, sự lão hóa và tình trạng pin có thể ảnh hưởng đến lượng năng lượng thực tế có sẵn tại một thời điểm nhất định. Dung lượng pin được đo trong các điều kiện cụ thể, do đó dung lượng thực tế có sẵn có thể khác nhau khi điều kiện vận hành thay đổi.

Đây là lý do tại sao hai sản phẩm có công suất định mức tương tự lại có thể cung cấp năng lượng sử dụng được khác nhau. Thông số kỹ thuật cung cấp cả công suất định mức và năng lượng sử dụng được sẽ cho phép so sánh rõ ràng hơn so với chỉ cung cấp công suất định mức.

Làm thế nào để tính toán dung lượng pin khả dụng?

Trong trường hợp đơn giản, khi công suất định mức là giá trị ban đầu và DoD được nêu thể hiện phạm vi xả cho phép:

Năng lượng sử dụng được ≈ Năng lượng định mức × giới hạn cho phép của Bộ Quốc phòng

Một bộ pin 100 kWh hoạt động ở mức độ xả cho phép 80% sẽ có phạm vi xả minh họa là 80 kWh.

Công thức này không nên được áp dụng hai lần. Nếu một viên pin đã được chỉ định có 90 kWh năng lượng sử dụng được, việc nhân 90 kWh đó với hệ số DoD một lần nữa sẽ làm giảm ước tính thời gian sử dụng thực tế.

Điều quan trọng nữa là phải phân biệt năng lượng có thể sử dụng được từ phía pin với năng lượng AC được cung cấp cho tải. Tổn thất của bộ biến tần, tổn thất dây dẫn, mức tiêu thụ phụ trợ, nhiệt độ và các điều kiện hoạt động khác có thể ảnh hưởng đến năng lượng được cung cấp. Những yếu tố đó cần được tính vào hiệu suất hệ thống chứ không nên được đưa vào định nghĩa của Bộ Quốc phòng.

Tại sao lực lượng dự bị cần được tách biệt khỏi Bộ Quốc phòng?

Một hệ thống có thể có dung lượng pin sử dụng được và vẫn dự trữ một phần cho mục đích khác. Điều này rất quan trọng trong các hộ gia đình và địa điểm thương mại, nơi cùng một pin đảm nhiệm cả việc sử dụng hàng ngày và dự phòng khi mất điện.

Giả sử một hệ thống pin 100 kWh có phạm vi hoạt động khả dụng là 90 kWh, nhưng dự án yêu cầu 20 kWh còn lại phải sẵn sàng cho các tải quan trọng. Toàn bộ 90 kWh không nên được coi là khả dụng cho việc điều chỉnh biểu giá hoặc giảm tải đỉnh thông thường. Chỉ phần không được dành riêng cho mục đích dự phòng mới có thể được lên lịch cho các tác vụ đó.

Do đó, năng lượng có thể sử dụng được không phải lúc nào cũng giống với năng lượng có thể phân bổ cho mọi mục tiêu.

Mức dự trữ nên dựa trên tải sao lưu thực tế và thời gian cần thiết, chứ không phải dựa trên tỷ lệ phần trăm chung áp dụng cho mọi dự án.

Chỉ số DoD cao hơn luôn đồng nghĩa với việc có nhiều năng lượng hữu ích hơn?

Khoảng thời gian xả sâu (DoD) rộng hơn có thể giải phóng nhiều năng lượng hơn mỗi chu kỳ. Đối với cùng một loại pin có cùng định mức, mức DoD cho phép là 90% sẽ cung cấp khoảng thời gian xả sâu hơn so với 60%.

Điều đó không có nghĩa là mức DoD cao nhất tự động trở nên tốt hơn. Tuổi thọ pin phụ thuộc vào nhiều yếu tố tương tác, bao gồm thành phần hóa học, nhiệt độ, tốc độ sạc và xả, thời gian ở trạng thái sạc cao hoặc thấp, và chu kỳ sạc/xả. Các số liệu về tuổi thọ theo chu kỳ cũng cần được xem xét cùng với điều kiện thử nghiệm chứ không phải chỉ là những con số riêng lẻ.

Đối với người mua, câu hỏi thực tế là liệu mức DoD cho phép có cung cấp đủ năng lượng hữu ích trong khi vẫn phù hợp với chiến lược điều khiển của pin và chu kỳ hoạt động dự kiến ​​hay không.

Hệ thống quản lý pin (BMS) ước tính và bảo vệ trạng thái kết nối mạng (SOC) như thế nào?

Hệ thống quản lý pin (BMS) liên tục theo dõi tình trạng pin để đảm bảo quá trình sạc và xả nằm trong giới hạn cho phép. Dữ liệu về điện áp, dòng điện, nhiệt độ và tổng lượng điện tích lũy được sử dụng để ước tính trạng thái sạc (SOC), trong khi mạch bảo vệ có thể giảm hoặc ngừng dòng điện khi đạt đến giới hạn hoạt động.

Hệ thống cũng có thể sử dụng ngưỡng SOC để duy trì mức dự trữ thấp hơn, ngăn ngừa việc xả quá mức hoặc giữ lại khoảng trống để sạc sau này. Các cơ chế điều khiển này giải thích tại sao phần trăm hiển thị trên màn hình là một phần của chiến lược quản lý chủ động, chứ không chỉ đơn thuần là đồng hồ đo nhiên liệu.

Đối với hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời, hệ thống quản lý pin (BMS) cũng phải giao tiếp chính xác với bộ biến tần hoặc bộ điều khiển hệ thống. Một cấu hình tốt sẽ sử dụng trạng thái pin và giới hạn bảo vệ để quyết định thời điểm sạc, xả hoặc giữ dự trữ.

Người mua nên kiểm tra những gì trong thông số kỹ thuật của pin?

Thông số kỹ thuật của pin cần phân tách các giá trị mô tả năng lượng lưu trữ khỏi các giá trị mô tả phạm vi hoạt động. Người mua nên kiểm tra năng lượng định mức, năng lượng sử dụng được, độ xả cho phép (DoD), giới hạn trạng thái sạc (SOC), điều kiện thử nghiệm chu kỳ sống, giao tiếp BMS và bất kỳ cài đặt dự trữ hoặc bảo vệ nào được nêu rõ.

Đối với các dự án nhà ở quy mô nhỏ hơn, kích thước rộng hơn sẽ phù hợp hơn. Dòng sản phẩm ESS dân dụng Cung cấp bối cảnh về cách dung lượng pin, lựa chọn bộ biến tần và kiến ​​trúc hệ thống thay đổi tùy thuộc vào yêu cầu lưu trữ khác nhau.

Điểm quan trọng nhất là phải so sánh những thứ tương đồng. Không nên so sánh trực tiếp chỉ số năng lượng định mức với chỉ số năng lượng sử dụng được của sản phẩm khác, và chỉ số tuổi thọ chu kỳ sạc/xả sẽ có ý nghĩa hạn chế nếu thiếu thông tin về điều kiện thử nghiệm.

Trạng thái SOC và DoD (DoD) trông như thế nào trong một hệ thống pin thực tế?

Tại SunwayChúng tôi làm việc với nhiều cấu hình pin khác nhau cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng dân dụng, thương mại và quy mô lớn. Trong mỗi trường hợp, dung lượng định mức, năng lượng sử dụng được, giới hạn của hệ thống quản lý pin (BMS) và phạm vi hoạt động dự kiến ​​cần được xem xét riêng.

Cái Pin lưu trữ năng lượng gia đình SUNWAY 14,33kWh Đây là một ví dụ rõ ràng. Pin LiFePO4 hoạt động ở điện áp 51,2 V với dung lượng danh nghĩa 280 Ah, cung cấp năng lượng định mức 14.336 Wh. Dung lượng sử dụng được chỉ định là 12.902,4 Wh, dựa trên phạm vi hoạt động ở mức độ xả 90%. Pin cũng hỗ trợ giao tiếp RS485 và CAN và được đánh giá có tuổi thọ hơn 6.000 chu kỳ ở mức độ xả 90%.

Mối quan hệ giữa hai con số về công suất này rất đơn giản:

Năng lượng định mức 14,336 kWh × 90% DoD = 12,9024 kWh năng lượng sử dụng được

Phép tính này cũng cho thấy lý do tại sao không nên trừ đi DoD hai lần. Con số 12,9024 kWh đã là công suất khả dụng sau khi áp dụng mức DoD 90% theo quy định. Nhân giá trị đó với 90% một lần nữa sẽ làm giảm lượng năng lượng khả dụng một cách không chính xác lần thứ hai.

Lượng năng lượng thực tế có sẵn tại một thời điểm cụ thể vẫn phụ thuộc vào trạng thái sạc hiện tại (SOC), giới hạn của hệ thống quản lý pin (BMS), tình trạng pin, nhiệt độ và bất kỳ lượng dự trữ nào cần thiết cho việc sao lưu. Vì lý do đó, con số dung lượng khả dụng nên được coi là phạm vi hoạt động được xác định chứ không phải là sự đảm bảo rằng toàn bộ lượng năng lượng sẽ luôn có sẵn cho mọi tác vụ.

Nắm rõ lượng năng lượng pin thực tế còn lại.

Dung lượng pin chỉ thực sự hữu ích khi phạm vi hoạt động phù hợp với tải. Trước khi chọn dung lượng lưu trữ, cần xác định lượng năng lượng cần thiết, mức dự trữ tối thiểu, thời gian dự phòng, công suất biến tần và chu kỳ hoạt động hàng ngày dự kiến.

Hãy chia sẻ những thông tin đầu vào của dự án với chúng tôi. Xem xét lại dung lượng pin khả dụng và nhu cầu dự trữ của bạn. Trước khi ấn định dung lượng cuối cùng. Mục tiêu là phải đảm bảo năng lượng định mức, năng lượng sử dụng được và năng lượng dự trữ phù hợp với cách thức hoạt động thực tế của pin.

Đối với nhu cầu sử dụng điện sinh hoạt hàng ngày thông thường của hộ gia đình có dự phòng, mẫu máy phát điện treo tường 14,33 kWh là lựa chọn phổ biến; các dự án cần công suất lớn hơn thường chuyển sang các loại máy phát điện cao cấp hơn. Pin lithium dạng giá đỡ hoặc Pin lithium gắn tường loạt.

Câu hỏi thường gặpS

Hỏi: 90% DoD có tương đương với 10% SOC không?

A: Chúng có thể mô tả cùng một điểm kết thúc trong một chu kỳ đơn giản bắt đầu từ 100% SOC và kết thúc ở 10% SOC. Tuy nhiên, chúng không phải là những khái niệm giống hệt nhau. SOC mô tả mức sạc hiện tại của pin, trong khi DoD mô tả lượng dung lượng đã được sử dụng trong một khoảng thời gian xả.

Hỏi: Làm thế nào để tính toán dung lượng pin khả dụng theo dữ liệu của Bộ Quốc phòng?

A: Khi công suất định mức là giá trị ban đầu, một ước tính đơn giản là công suất định mức nhân với mức xả cho phép (DoD). Ví dụ, 10 kWh × 80% sẽ cho ra khoảng xả 8 kWh. Không cần áp dụng lại DoD nếu công suất sử dụng được đã được nêu trong thông số kỹ thuật.

Hỏi: Tại sao pin lại giữ lại một lượng dung lượng dự trữ nhất định?

A: Nguồn dự trữ có thể bảo vệ các tải trọng quan trọng, duy trì mức SOC vận hành tối thiểu hoặc hỗ trợ chiến lược bảo vệ pin. Lượng dự trữ cần thiết phụ thuộc vào mục tiêu dự án và nên được tách biệt với năng lượng dành cho chu kỳ sạc/xả thông thường.