Gepost op

BMS, glas half vol of half leeg?

In dit artikel gaan we in op de rol van een Batterij Management Systeem (BMS) en het balanceren van het laadniveau van de cellen. Dit kan eenvoudig worden uitgelegd met behulp van het vullen van glazen met water. Maar eerst even een korte uitleg over de systeemopbouw van het batterijpakket in een energieopslag systeem.

Een batterijpakket is opgebouwd uit een aantal batterij modules. Een batterij module is opgebouwd uit een aantal batterij cellen om tot de gewenste capaciteit en spanning van het energieopslag systeem te komen. Elke batterij module bevat een BMS die de individuele cellen in de module real-time monitort op temperatuur, stroom, spanning en interne weerstand. De BMS vertaalt deze data naar de State of Charge (SoC) van de batterij module. Een niveau hoger in het energieopslag systeem wordt hetzelfde principe toegepast. Een reeks parallel geschakelde batterij modules wordt ook gemonitord door een BMS. Deze BMS controleert en beheert de gecombineerde data van de batterij modules en meet en bewaakt de spanning van de reeks batterij modules. De data van de BMS op een reeks batterij modules wordt vervolgens naar de hoofd BMS gecommuniceerd. De hoofd BMS communiceert met de AD/DC omvormer en laadregelaar.

Door het laden en ontladen van de batterij neemt de capaciteit gedurende de jaren langzaam af. Net als de batterij van je smartphone die na 2 à 3 jaar sneller leeg is, neemt de capaciteit van de batterij in een energieopslag systeem ook af. De batterij van een energieopslag systeem is echter in staat een groter aantal laad cycli te doorlopen voordat de opslagcapaciteit aanzienlijk afneemt. De energieopslag systemen van BYD op onze website kunnen 6.000 laad cycli aan. Als je de batterij elke dag volledig zou laden en ontladen gaat de batterij minimaal 15 jaar mee, totdat deze op 80% van zijn capaciteit is. Deze degradatie is per cel verschillend en dit is precies waar de BMS een belangrijke rol speelt.

Een BMS is geen universele software, maar wordt specifiek ontwikkelt voor de chemische samenstelling van de batterij. Een BMS moet in staat zijn om deze veranderende prestaties perfect in balans te houden. Daarom kan een BMS sterke en zwakke cellen herkennen en deze op de juiste manier inzetten, zodat beide cellen volledig tot hun recht komen. Het mag niet zo zijn dan een zwakke cel een sterke cel belemmert of, andersom, een sterke cel de zwakke cel overbelast. Een dergelijke situatie zou de degradatie versnellen.

Om een goed beeld te krijgen van de balancerende rol van de BMS, leggen we dit uit aan de hand van een voorbeeld met het vullen van glazen met water. Wanneer een batterij cel degradeert neemt de opslagcapaciteit af en kan er minder energie in de cel worden opgeslagen. Als je dit vertaalt naar ons voorbeeld wordt het glas dus kleiner. Je kunt je voorstellen dat, wanneer je de zelfde hoeveelheid water in de glazen schenkt, het kleine glas overloopt. En wanneer je de hoeveelheid water zou aanpassen aan het kleinste glaasje, de normale glazen minder vol zijn. Op deze manier is de BMS constant bezig met het balanceren van de individuele cellen, modules en reeksen om de efficiëntie op niveau te houden. De efficiëntie van een energieopslag systeem wordt deels door de hardware, maar dus hoofdzakelijk door de software bepaald. Des te beter de software die individuele cellen in een batterij module beheert en aanstuurt, des te efficiënter het gehele energieopslag systeem functioneert.

Het hoge rendement van de BYD energieopslag systemen wordt gewaarborgd door de geavanceerde LFP batterij (Lithium Ijzer Fosfaat, LiFePO4) technologie en het intelligente Batterij Management Systeem. De door BYD zelf ontwikkelde LFP batterij is milieuvriendelijk, heeft uitstekende veiligheidsprestaties en kan een hoog aantal laadcycli aan. De BMS is door BYD speciaal voor deze batterij ontworpen voor het meten van de batterij status, dynamische balancering van de individuele cellen en de bescherming van het gehele systeem. Door deze hardware software combinatie behalen de energieopslag systemen een hoge efficiëntie van 97%.

Gepost op

Complexe stof, minder complex, meer begrijpelijk

Wanneer je in de energie duikt krijg je te maken met veel verschillende termen zoals spanning, stroom, vermogen en capaciteit. Het is dan ook niet gek wanneer een leek op de vingers wordt getikt door een technicus voor het gebruik van verkeerde termen. Om het allemaal wat makkelijker te maken verklaren we in dit artikel de belangrijkste termen omtrent energieopslag.
Spanning, en sensatie
Het begint allemaal met spanning met de eenheid Volt, vernoemd naar Alessandro Volta de ‘ontdekker’ van de batterij. Qua spanning hebben we in energiewereld eigenlijk maar twee belangrijke soorten, dat zijn gelijkspanning (direct current, DC) en wisselspanning (alternating current, AC). Het daadwerkelijke verschil tussen gelijk- en wisselspanning is dat gelijkspanning, zo simpel als het is, gelijk blijft en de wisselspanning zowel positief als negatief wordt (dit gebeurt sinusvormig). Bij het wisselen van positief naar negatief ontstaat een frequentie in eenheid Hertz, Hz. In Nederland duurt dat wisselen van positief naar negatief en terug 20 milliseconde. Dit geeft de netfrequentie die we in Nederland hanteren 50Hz.
Mocht het nog niet bekend zijn, uit een stopcontact komt wisselspanning en uit een (geladen) batterij komt gelijkspanning. Om een batterij te laden vanuit ‘het stopcontact’ zul je dus van wisselspanning naar gelijkspanning moeten en voor ontladen vice versa. Wanneer je een batterij wilt laden vanuit een PV (gelijkspanning) installatie is dat ook mogelijk, maar ook hier moet omgevormd worden om je batterijen op de juiste manier te laden. De omvormer komen we later nog op terug.
Stroom en vermogen
Nu we eenmaal spanning hebben kunnen we kijken naar stroom dat wordt uitgedrukt in ampère, A. Stroom ontstaat in een gesloten spanningscircuit met een bepaalde opgenomen weerstand dat wordt uitgedrukt in Ohm, Ω. Weerstand zit in alle apparaten, om het simpel te houden gaan we hier niet dieper op in.
Wanneer op een circuit een spanning staat en er een stroom doorheen loopt neemt het circuit vermogen op. Vermogen wordt uitgedrukt in Watt, W. Elektrisch vermogen is een gevolg van spanning en stroom, ofwel vermogen = spanning x stroom, zonder in te gaan op alle bijkomende verschijnselen wat betreft vermogen.
Het vermogen wordt in de energiewereld vaak uitgedrukt in kW (kiloWatt) hetgeen gelijk is aan 1.000 Watt. Om kW in tijd uit te drukken gebruikt je kWh (kiloWatt/uur), een kWh heb je waneer je 1kW gebruikt voor een uur. Om het even ingewikkeld -maar wel relevant- te maken, wanneer je een half uur 2kW gebruikt heb je ook 1kWh.
Omvormers
Wanneer je batterijen wilt laden of ontladen heb je daarvoor een omvormer nodig wie de spanning van de batterij omzet van gelijkspanning naar wisselspanning. In een energieopslag systeem met omvormer staan vaak een specificaties aangeduid in kW en kWh. Hier in geld dus dat het aantal kW’s de hoeveelheid vermogen is dat het systeem continu kan leveren en het aantal kWh’s de capaciteit is. Dus als je een energieopslag systeem hebt van 5kW/5kWh zou je een uur lang 5kW kunnen leveren vanuit de batterijen, wanneer je de hoeveelheid batterijen verdubbeld kun je die 5kW 2 uur leveren. Je systeem heeft dan een vermogen van 5kW/10kWh.
Het verdubbelen kun je ook bij de omvormer doen in plaats van de batterijen. Nog een keer het voorbeeld van de 5kW/5kWh. Er zijn situaties te bedenken waar er in een korte tijd veel vermogen geleverd moet worden, bijvoorbeeld 10kW. Dan zou je 2 omvormers moeten hebben en verdeel je de batterijen daar over beide omvormers. Je systeem heeft dan een vermogen van 10kW/5kWh. Met deze configuratie kun je dus 2 keer zoveel vermogen leveren, maar zijn je batterijen natuurlijk ook binnen een half uur leeg.
Gepost op

Naast energie ook even wat kennis opslaan

In dit artikel gaan we in op een aantal termen omtrent de product specificaties van energieopslag systemen die Zonbalans in het assortiment heeft. Een energieopslag systeem is een product dat bestaat uit meerdere componenten. Deze componenten werken samen om elektrische energie op te slaan en terug te leveren door respectievelijk het laden en ontladen van de batterij. Naast de batterij bevat een energieopslag systeem ook een batterij management systeem, een kleine computer die de batterijen monitort en op basis daarvan het laden en ontladen regelt. De batterij is weer opgebouwd uit een hoeveelheid van batterij cellen. Elke fabrikant heeft zo zijn eigen samenstelling, opbouw en ontwerp van een batterij. Hieronder een korte uitleg over de opbouw van een batterij in zo’n energieopslag systeem.

De grondstof
Het begint met de eisen van de batterij. BYD heeft gekozen voor een veilige batterij cell met een hoog aantal laad cycli dat snel kan laden een hoog vermogen kan leveren en niet te warm wordt, tegen een lage kostprijs. Het type batterij dat BYD voor deze eisen heeft ontwikkeld is de lithium ijzer fosfaat batterij (LiFePO4). Deze batterij wordt ook wel een LFP-batterij genoemd wat een afkorting is van zijn Engelse naam Lithium Ferro Phosphate.

Het is dus een variant van de lithium batterij dat gebruik maakt van ijzer, een grondstof die voldoende beschikbaar is. De LFP-batterij heeft een lagere energiedichtheid dan de gangbare LiCoO2 (Lithium cobalt oxide) batterij, welke veel voorkomt in consumentenelektronica. Daarentegen heeft het de LFP-batterij een hogere vermogensdichtheid, de snelheid waarmee de energie uit de batterij kan worden getrokken.

Door deze samenstelling, lage energiedichtheid, hoge vermogensdichtheid behaald de LFP-batterij een hoge veiligheid en hoog aantal laad cycli (lange levensduur), zonder dat dit veel invloed heeft op de temperatuur van de batterij en koeling in de meeste gevallen niet noodzakelijk is.

De batterij
De batterij wordt opgebouwd uit allemaal kleine batterij cellen. Een batterij cell is in aluminium verpakte batterij met de LFP technologie van BYD. De cellen wordt in serie geschakeld en verpakt in een behuizing dat de batterij module heet. De batterij modules worden in serie geschakeld om tot de gewenste capaciteit te komen. Afhankelijk van de vermogen en de capaciteit van het energieopslag systeem wordt een reeks serie en paralel geschakelde batterij modules op de DC kant van de omvormer aangesloten. De omvormer zorgt op zijn beurt voor het omzetten van gelijkspanning (DC) naar wisselspanning (AC) zodat de energie verbruikt van worden in 230 of 400V.

Het batterij management systeem
​​De modules worden beheert door het batterij management systeem (BMS). De BMS is een real-time monitoringssysteem om de status van de batterij te controleren en beheren (laden en ontladen) en waarschuwen bij een afwijking of storing. Het systeem heeft een geoptimaliseerde besturing voor de batterij cellen en -modules en dat zorgt voor een stabiele, betrouwbare en veilige werking van het gehele energieopslag systeem. De BMS wordt ondersteund door de batterij management unit (BMU). De BMU zorgt voor het balanceren van de capaciteit van de individuele batterij modules in een batterij reeks. Hierdoor worden modules met een lagere prestatie anders ingezet dan een modules met een hogere prestatie en wordt de algehele prestatie van het systeem gemaximaliseerd.​​​​