Dalam skala besar sistem penyimpanan energi litium tegangan tinggi Pengoperasian paralel klaster baterai merupakan arsitektur umum yang digunakan untuk mencapai kapasitas yang lebih tinggi, skalabilitas daya, dan keandalan sistem. EverExceed Arsitektur ini banyak diterapkan dalam penyimpanan energi skala jaringan, sistem daya cadangan UPS, dan solusi daya industri. Namun, meskipun koneksi paralel menawarkan keuntungan yang signifikan, hal ini juga menghadirkan tantangan teknis yang harus dikelola dengan cermat.

Keunggulan Utama (Keuntungan)

1. Skalabilitas Fleksibel dan Desain Modular

Ekspansi kapasitas dan daya sesuai permintaan:
Dengan menambah atau mengurangi jumlah kluster baterai paralel, kapasitas dan daya sistem dapat diskalakan secara fleksibel tanpa mendesain ulang seluruh sistem baterai. Hal ini menjadikan arsitektur paralel ideal untuk aplikasi ESS dan UPS modular.

Manufaktur terstandarisasi:
Setiap kelompok baterai dapat dirancang dan diproduksi secara standar dan massal, sehingga membantu mengurangi biaya produksi sekaligus memastikan konsistensi dan kualitas produk.

Kemudahan perawatan dan penggantian:
Jika satu kluster mengalami kegagalan, kluster tersebut dapat diisolasi secara elektrik, diperbaiki, atau diganti tanpa mematikan seluruh sistem, sehingga secara signifikan meningkatkan ketersediaan dan kemudahan pemeliharaan sistem.

2. Peningkatan Redundansi dan Keandalan Sistem

Redundansi N+1:
Klaster baterai tambahan dapat dikonfigurasi sehingga meskipun satu klaster mengalami kegagalan, sistem dapat terus beroperasi pada daya nominal, memastikan pasokan tanpa gangguan untuk beban kritis seperti pusat data dan fasilitas industri.

Kemampuan isolasi kesalahan:
Kegagalan seperti korsleting internal atau kerusakan BMS dapat terbatas pada satu kluster saja. Dengan menggunakan isolator dan kontaktor DC, gangguan dapat diatasi dengan cepat, sehingga mengurangi risiko sistemik.

3. Peningkatan Efisiensi dan Optimalisasi Operasional

Pengurangan arus per kluster:
Pembagian arus paralel menurunkan arus yang mengalir melalui setiap kelompok baterai, mengurangi tekanan listrik pada konektor, kabel, dan sel. Hal ini mengurangi kehilangan Joule di dalam kelompok baterai.

Ploss = I2RP_{loss} = I^2R P l oss = SAYA 2 R

dan dapat meningkatkan efisiensi sistem secara keseluruhan.

Fleksibilitas operasional melalui penjadwalan cerdas:
Canggih Sistem Manajemen Energi (EMS) Dapat secara cerdas mendistribusikan klaster berdasarkan kondisi waktu nyata. Misalnya, klaster dengan SOC lebih tinggi dan resistansi internal lebih rendah dapat diprioritaskan, sementara klaster yang terlalu panas dapat dimatikan sementara untuk pendinginan, sehingga memperpanjang umur sistem.

Tantangan dan Risiko Utama (Kontra)

1. Arus Sirkulasi (Kelemahan Utama)

Akar penyebab:
Karena perbedaan tegangan keluaran yang tak terhindarkan antar kluster—yang disebabkan oleh SOC, suhu, resistansi internal, dan penuaan—kluster dengan tegangan lebih tinggi dapat mengisi daya kluster dengan tegangan lebih rendah, menghasilkan arus sirkulasi yang tidak mengalir ke beban eksternal atau jaringan listrik.

Risiko meliputi:

• Kehilangan energi: Arus sirkulasi diubah langsung menjadi panas, sehingga mengurangi efisiensi sistem.

• Penuaan dini: Beberapa klaster mengalami siklus pengisian/pengosongan yang tidak perlu, mempercepat penurunan kapasitas.

• Risiko arus berlebih: Arus sirkulasi yang parah dapat melebihi kapasitas sekering, kontaktor, atau perangkat daya, yang berpotensi menyebabkan kerusakan.

2. Inkonsistensi yang Meningkat dan Kompleksitas Kontrol yang Bertambah

“Efek mata rantai terlemah”:
Dalam sistem paralel, total kapasitas yang dapat digunakan dibatasi oleh klaster yang mencapai batas pengisian atau pengosongan terlebih dahulu. Ketidaksesuaian apa pun secara langsung mengurangi kapasitas sistem yang efektif.

Kompleksitas BMS berlapis-lapis:
Sistem tegangan tinggi paralel biasanya memerlukan arsitektur kontrol tiga tingkat :
BMS tingkat sel → BMS tingkat kluster → EMS tingkat sistem.
EMS harus menjalankan algoritma canggih untuk penyeimbangan arus, pemerataan SOC, dan evaluasi status, yang secara signifikan meningkatkan kompleksitas perangkat lunak dan komunikasi.

3. Koordinasi Perlindungan dan Risiko Keselamatan

Arus gangguan yang sangat tinggi:
Saat terjadi korsleting sisi DC, semua kelompok baterai paralel akan melepaskan muatan secara bersamaan ke titik gangguan, menghasilkan arus korsleting yang sangat tinggi. Hal ini menuntut persyaratan yang ketat pada pemutus sirkuit DC dan perangkat proteksi.

Tantangan selektivitas perlindungan:
Ambang batas perlindungan dan waktu respons harus dikoordinasikan secara tepat di semua tingkatan (sel, modul, kluster, sistem) untuk memastikan bahwa hanya unit yang rusak terkecil yang diisolasi, sehingga mencegah kegagalan berantai.

4. Investasi Awal dan Biaya Sistem

Komponen redundan tambahan:
Setiap kelompok baterai memerlukan BMS (Battery Management System), kontaktor, sekering, dan dalam beberapa kasus konverter DC/DC untuk penyeimbangan arus aktif, sehingga meningkatkan biaya perangkat keras.

Biaya integrasi sistem yang lebih tinggi:
Desain kelistrikan yang kompleks, manajemen termal yang terkoordinasi, dan pengembangan perangkat lunak kontrol tingkat lanjut secara signifikan meningkatkan biaya rekayasa dan pengoperasian.

Solusi Teknis Utama: Cara Memaksimalkan Manfaat dan Meminimalkan Risiko

1. Isolasi dan Regulasi Aktif Berbasis Konverter DC/DC

Setiap kelompok baterai dilengkapi dengan konverter DC/DC dua arah pada outputnya.

Keuntungan:

• Menghilangkan arus sirkulasi sepenuhnya

• Memungkinkan kontrol pengisian/pengosongan daya independen untuk setiap kluster.

• Memaksimalkan kapasitas yang dapat digunakan dan stabilitas sistem.

• Merupakan solusi paling efektif untuk mengelola inkonsistensi.

Pertimbangan untung rugi:

• Peningkatan biaya dan volume sistem

• Sedikit penurunan efisiensi (biasanya masih >97%)

2. Penyeimbangan Arus Pasif dengan Manajemen Tingkat Lanjut

Pencocokan kluster yang ketat:
Sebelum dihubungkan secara paralel, kluster-kluster tersebut dicocokkan dengan cermat berdasarkan tegangan, resistansi internal, dan kapasitasnya.

Algoritma BMS tingkat klaster tingkat lanjut:
Estimasi SOC dan SOH yang akurat memungkinkan EMS untuk mengoptimalkan strategi pengiriman dan mengontrol partisipasi klaster secara dinamis.

Langkah-langkah penanggulangan arus peredaran darah:
Penggunaan resistor peredam atau topologi yang dioptimalkan untuk membatasi besarnya arus sirkulasi.

Ringkasan dan Kesimpulan

Rekomendasi Akhir

Operasi paralel dari gugusan baterai lithium tegangan tinggi sangat penting untuk meningkatkan skala modern sistem penyimpanan energi Namun, keberhasilan implementasinya sangat bergantung pada:

1. Pencocokan sel dan kluster yang tepat

2. Multilevel yang andal dan cerdas BMS dan EMS

3. Desain kelistrikan dan keselamatan yang ketat, terutama untuk koordinasi perlindungan dan penekanan arus sirkulasi.

4. Pertimbangan antara biaya dan kinerja:

   • Untuk aplikasi yang membutuhkan efisiensi dan konsistensi maksimum Arsitektur terisolasi DC/DC direkomendasikan.

   • Untuk proyek-proyek yang sensitif terhadap biaya dengan klaster yang serasi, solusi manajemen pasif tingkat lanjut dapat diterapkan.

Pada EverExceed Prinsip-prinsip ini sepenuhnya terintegrasi ke dalam desain kami. Sistem baterai lithium tegangan tinggi untuk penyimpanan energi, daya cadangan UPS, pusat data, dan aplikasi energi industri. , memastikan pengoperasian yang aman, efisiensi tinggi, dan keandalan jangka panjang.