에너지 저장 시스템에 능동적 균형 유지가 필요한 경우 (그리고 수동적 균형 유지로 충분한 경우)

일상적인 자전거 타기 문제, 수동 균형 유지 시스템은 이러한 문제를 위해 설계되지 않았습니다.

일반 소비자용 전기 자전거 배터리 팩은 하루에 한 번 정도, 많게는 그보다 더 적게 충전됩니다. 전동 공구도 짧은 시간 동안 집중적으로 사용됩니다. 대부분의 일반적인 리튬 배터리 사용 환경에서는 배터리 팩이 충분한 휴식 시간을 가지며, 셀 간의 미세한 불균형은 백그라운드에서 천천히 보정됩니다. 따라서 일반적으로 충전량이 가장 높은 셀에 약 100mA의 전류를 흘려주는 수동 밸런싱 방식은 이러한 사용 패턴에서 완벽하게 작동합니다.

에너지 저장 장치는 다릅니다. 태양광 발전 시스템과 연동된 가정용 배터리는 매일, 매년 심도 있는 충방전 사이클을 거칩니다. 상업용 에너지 저장 시스템은 하루에도 여러 번 충방전될 수 있습니다. 수천 번의 사이클이 반복되면 제조 공차, 미미한 수명 차이, 16셀 팩 전체의 온도 변화 등 셀 간의 작은 차이조차도 누적되어 측정 가능한 전압 편차를 발생시킵니다. 팩은 더 이상 균일한 상태를 유지하지 못하고 가장 약한 셀처럼 작동하기 시작합니다. 전체 팩 용량이 감소하고 불균형이 심화되며, 결국 BMS(배터리 관리 시스템)는 가장 약한 셀을 보호하기 위해 조기에 연결을 끊어야 합니다. 이로 인해 사용 가능한 용량이 낭비됩니다.

이것이 바로 에너지 저장 장치 구매자들이 능동형 균형 조정으로 눈을 돌리게 만드는 고장 모드입니다. 핵심은 능동형이 일반적으로 더 나은지 여부가 아니라, 프로젝트의 작동 주기가 수동형 균형 조정으로는 감당할 수 없을 정도로 까다로운지 여부입니다.

100mA 패시브 밸런싱의 실제 작동 방식(그리고 ESS에 있어 한계점)

수동 밸런싱은 먼저 완전 충전된 셀에서 발생하는 과잉 에너지를 션트 저항을 통해 미량의 열로 방출하는 방식으로 작동합니다. 일반적인 100mA의 수동 밸런싱 전류는 저부하 애플리케이션에서 발생하는 드리프트를 처리하기에 충분하지만, 저장 장치에는 중요한 두 가지 구조적 한계가 있습니다.

• 배터리 충전량이 최대치에 도달했을 때만 작동합니다.수동형 밸런싱 시스템은 셀이 밸런싱 임계값(일반적으로 높은 SOC)에 도달해야만 셀 간 균형을 맞출 수 있습니다. 완전 충전이 드문 부분 충전 사이클 환경에서는 수동형 밸런싱이 작동할 기회가 줄어듭니다.
• 그 비율은 매일 누적될 수 있는 변동량에 비해 매우 작습니다.일부 ESS 작동 주기에서는 불균형이 100mA 수동 밸런싱 시스템(충전량이 최고조에 달하는 제한된 시간대에만 적용됨)이 보정할 수 있는 속도보다 더 빠르게 누적될 수 있으므로, 그 격차가 좁혀지기보다는 몇 달에 걸쳐 더 벌어질 수 있습니다.

얕은 사이클 애플리케이션의 경우 수동 밸런싱은 듀티 사이클과 잘 일치하며 추가 비용이 가장 적습니다. 특히 ESS의 경우 듀티 사이클이 높을 때 드리프트율과 보정율 간의 불일치가 문제입니다.

액티브 밸런싱의 장점(그리고 진정한 가치는 어디에 있는가)

능동형 밸런싱은 에너지를 열로 소모하는 대신, 일반적으로 유도 또는 용량성 전달 회로를 통해 고전압 셀에서 저전압 셀로 에너지를 전달하는 방식으로 작동합니다. 이로 인해 두 가지 실질적인 결과가 나타납니다.

• 더 높은 평형 전류.수동 밸런싱의 경우 약 100mA 정도인 반면, 스토리지 BMS에 내장된 능동 밸런싱 기능은 일반적으로 1A 범위로, 보정 속도가 한 자릿수 이상 빠릅니다.
• 더 넓은 SOC 범위에서 작동할 수 있습니다.충전량이 최대치에 도달했을 때뿐만 아니라, 배터리 팩이 100% SOC(충전 상태)에 머무르는 경우가 드문 보관 작동 중에도 이는 중요한 요소입니다.

ESS 프로젝트의 최종 결과는 셀 전압 드리프트를 누적 속도에 더욱 근접한 속도로 보정할 수 있다는 것입니다. 능동 밸런싱은 팩이 수명 기간 동안 균일한 스트링 상태를 유지하도록 도와 가장 약한 셀로 인해 사용 가능한 용량이 낭비될 가능성을 줄여줍니다. 하지만 유의해야 할 점은 실제 사용 환경에서의 밸런싱 성능은 시스템의 나머지 요소, 즉 초기 팩 셀 매칭, 스트링 전체의 열 분포, 그리고 SOC 범위 내에서 밸런싱이 허용되는 위치에 따라 달라진다는 것입니다. 특정 팩 구성에 대한 구체적인 밸런싱 데이터는 데이터 시트만으로 추정하기보다는 엔지니어링 팀과 확인해야 합니다.

수동적 균형 조절만으로 충분할 때 (과도한 사양 설정은 금물)

능동형 로드 밸런싱은 기본 업그레이드 옵션이 아닙니다. 다양한 애플리케이션에서 수동형 로드 밸런싱이 진정으로 적합한 솔루션입니다.

• 작동 빈도가 낮은 경량 백업 시스템
• 통신용 UPS 팩은 주로 대기 모드로 작동하며 심방전 작동은 거의 하지 않습니다.
• 소규모 소비자용 저장 장치로, 프로젝트 경제성이 추가적인 BMS 비용을 정당화하지 못하는 경우
• 초기 허용 오차가 엄격하고 편차가 천천히 누적되는 잘 일치하는 세포

이러한 애플리케이션에 능동형 밸런싱을 적용하면 그에 상응하는 이점 없이 비용만 증가합니다. 좋은 공급업체는 수동형 밸런싱이 프로젝트에 적합한 경우를 알려줄 것이며, 명확한 기술적 근거 없이 모든 프로젝트에 능동형 밸런싱을 권장하는 공급업체는 주의해야 할 대상입니다.

스토리지 프로젝트에서 액티브 밸런싱을 지정해야 하는 경우

에너지 저장 장치의 능동형 제어를 선택하는 데 유리한 작동 주기 조건은 상당히 구체적입니다. 프로젝트가 이러한 조건 중 여러 가지를 충족하는 경우 능동형 제어를 지정하는 것이 좋습니다.

• 매일 고강도 사이클링.매일 의미 있는 방전이 수년간 지속되는 태양열 연계형 에너지 저장 시스템은 주기적인 최대 충전량 균형 조정으로 보정할 수 있는 속도보다 더 빠르게 전압 변동을 축적합니다.
• 수년간의 서비스 수명 기대치.시스템 작동 시간이 길어질수록 누적되는 드리프트가 커지는데, 능동형 밸런싱 기능은 이러한 드리프트를 방지하는 데 더 큰 도움이 됩니다.
• 더 큰 패키지 구성.16S 스트링은 8S 스트링보다 드리프트가 발생할 수 있는 지점이 더 많습니다. 직렬로 연결된 셀 수가 많을수록 스트링 전체에 걸쳐 셀 간 변동이 발생할 확률이 높아지기 때문입니다. 48V(15~16S) 이상의 저장 팩은 더 빠른 보정 속도에서 더 큰 이점을 얻습니다.
• 병렬 팩 아키텍처.능동형 로드 밸런싱은 각 팩 내부의 셀 단위에서 작동합니다. 병렬 팩 간의 균등화를 수행하는 것은 아니지만, 각 팩이 내부 일관성을 유지하도록 지원하여 여러 팩이 뱅크에서 함께 작동할 때 더욱 예측 가능한 동작을 가능하게 합니다.
• 부분 주기 작동.배터리 저장 프로필이 피크 부하 감소나 자체 소비 최적화처럼 배터리를 완전히 충전하는 경우가 드물다면, 패시브 밸런싱이 최대 충전량 구간에 의존하는 방식은 상당한 제약이 될 수 있습니다.

빠른 선택 참조

요약하자면, 능동형 밸런싱과 수동형 밸런싱은 일반적인 애플리케이션에서 다음과 같이 적용됩니다. 이는 견적 요청(RFQ)의 출발점으로 활용하시고, 특정 사용률에 맞춘 매칭을 대체하는 자료로 사용하지 마십시오.

이 표는 참고 자료일 뿐이며, 애플리케이션 라벨만 기준으로 삼지 말고 실제 사용률 프로필에 맞춰 지정해야 합니다.

스토리지 애플리케이션을 위한 DALY 액티브 밸런싱

능동형 밸런싱이 필요한 프로젝트의 경우, DALY의 4세대 에너지 저장 BMS 제품군은 능동형 밸런싱 기능을 기본적으로 제공합니다. LK 버전은 표준 가정용 에너지 저장 시스템 구성에 적합한 1A 능동형 밸런싱을 제공하며, LM-B 버전은 고전류 및 대용량 시스템에 적합한 2A 능동형 밸런싱을 제공합니다. 두 버전 모두 8~16S LFP 메모리를 지원하며, 가정용 및 소규모 상업용 에너지 저장 시스템에서 흔히 사용되는 병렬 팩 아키텍처를 지원합니다. 또한, 프로젝트 규모가 확장됨에 따라 최대 16개의 팩을 병렬로 연결하여 네트워크당 약 160kWh까지 확장할 수 있습니다.

견적 요청(RFQ) 전 논의에서 유념해야 할 두 가지 중요한 사항이 있습니다. 첫째, 배포 시 성능 균형 조정은 위에서 설명한 것처럼 시스템의 나머지 부분에 따라 달라집니다. 둘째, 균형 조정 트리거 로직, SOC 윈도우, 팩 셀 매칭 지침을 포함한 구체적인 구성 데이터는 데이터 시트에서 추정할 수 있는 것이 아니라 엔지니어링 팀이 프로젝트별로 고객과 협의하여 결정해야 하는 부분입니다.

자주 묻는 질문

Q11A 능동 밸런싱이 100mA 수동 밸런싱보다 항상 더 나은가요?

항상 그런 것은 아닙니다. 어떤 방식이 더 나은지는 배터리 팩에 가해지는 듀티 사이클에 따라 다릅니다. 드리프트가 천천히 누적되는 애플리케이션(저부하 백업, 얕은 사이클링)에서는 100mA 수동 보정이 문제를 해결하고 비용도 가장 적게 듭니다. 드리프트가 100mA로 보정할 수 있는 속도보다 빠르게 누적되는 애플리케이션(보관 중 매일 깊은 사이클링)에서는 1A 능동 보정이 더 효과적입니다. 배터리 밸런싱 방식을 듀티 사이클에 맞춰야 하며, 그 반대로 해서는 안 됩니다.

Q2능동형 밸런싱이 사이클 수명을 연장합니까?

배터리 수명 주기는 셀 자체의 특성이며, 밸런싱 작업이 만들어내는 것이 아닙니다. 능동형 밸런싱은 불균형으로 인해 개별 셀이 안전 작동 범위를 벗어나는 위험을 줄여, 팩 전체가 셀의 정격 수명에 도달하도록 돕습니다. 셀의 성능 한계는 각 셀에 의해 결정되며, 밸런싱은 가장 약한 셀에 의해 제한되는 것이 아니라, 실제로 그 한계에 근접하도록 도와줍니다. 특정 구성에 대한 정확한 수명 데이터는 엔지니어링 팀과의 프로젝트 차원의 협의를 통해 확인할 수 있습니다.

Q3내 프로젝트에 능동적 접근 방식이 필요한지 수동적 접근 방식이 필요한지 확실하지 않다면 어떻게 해야 할까요?

공급업체에 일일 충방전량, 연간 예상 충방전 횟수, 목표 수명, 배터리 팩 크기, 그리고 시스템이 정기적으로 완전 충전되는지 여부 등 사용 주기 프로필을 제공하십시오. 더 비싼 옵션을 제시하는 대신 이러한 정보를 바탕으로 사양을 정하는 공급업체를 진지하게 고려해야 합니다. 사용 주기와 연관된 사양 결정 근거를 제시하는 공급업체를 찾지 못했다면, 견적 요청(RFQ)을 보내기 전에 반드시 해당 정보를 확보해야 합니다.

DALY 소개

DALY는 OEM, 배터리 팩 제조업체 및 시스템 통합업체를 위한 리튬 배터리 관리 시스템을 설계 및 제조하며, 130개국 이상에서 제품을 사용하고 있습니다. 2015년에 설립된 DALY는 ISO 9001/ISO 14001 시스템을 기반으로 운영되며 CE 및 RoHS 규정을 준수합니다. 에너지 저장 제품군은 UL 공인 부품(UL 시스템 전체 인증은 아님 - 북미 프로젝트에서는 이 차이가 중요합니다) 자격을 보유하고 있으며, 배터리 팩 또는 시스템 수준의 인증을 지원하는 문서를 제공합니다.

스토리지 프로젝트에 액티브 밸런싱을 적용하는 방법을 알고 계신가요?

태양광 에너지 저장 장치, 가정용 배터리 또는 소규모 상업용 에너지 저장 시스템(ESS) 프로젝트를 계획 중이시거나, 정확한 밸런싱 설정을 원하시는 경우, DALY 엔지니어링 팀이 귀사의 작동 주기를 검토하여 최적의 BMS(배터리 관리 시스템) 접근 방식을 제안해 드릴 수 있습니다.

• 사용 주기 정보(일일 작동 심도, 예상 수명, 팩 크기, 병렬 구성)를 공유해 주세요.
• 4세대 LK/LM-B 사양 문서를 요청합니다.
• 이메일:dalybms@dalyelec.com

액티브 밸런싱 제품 페이지:https://www.dalybms.com/active-balancing-products/