مقدمه

در مقاله پیشین با عنوان "ذخیره ‌سازی انرژی"، نقش سامانه ذخیره ‌ساز انرژی مبتنی بر باتری (BESS) در مدیریت انرژی الکتریکی و برخی ویژگی‌های دو فناوری پرکاربرد باتری بررسی شد. در این مقاله، باتری‌های لیتیومی از منظر مشخصات الکتریکی، سازگاری با اینورترهای هیبریدی و مدیریت شارژ و دشارژ بررسی می‌شوند. باتری‌های لیتیومی مورد استفاده در این سامانه‌ها معمولاً در دو گروه ولتاژ پایین (Low Voltage-LV) و ولتاژ بالا (High Voltage-HV) عرضه می‌شوند. این دو گروه می‌توانند انرژی ذخیره ‌شده یکسانی داشته باشند، اما برای انتقال توان یکسان به جریان‌های متفاوتی نیاز دارند. برای نمونه، دو باتری با انرژی نامی ۱۰ کیلووات ‌ساعت و ولتاژهای نامی 51/2 و ۴۰۰ ولت را در نظر بگیرید. تأمین توان ۵ کیلووات، بدون احتساب تلفات تبدیل، به ‌ترتیب به حدود 97/7 و 12/5 آمپر جریان نیاز دارد. این اختلاف بر تلفات انتقال، کابل ‌کشی، تجهیزات حفاظتی و ساختار مدار قدرت اینورتر اثر می‌گذارد. انتخاب میان این دو گروه، علاوه بر توان و انرژی مورد نیاز و شرایط نصب، به سازگاری الکتریکی و مخابراتی باتری و اینورتر بستگی دارد. در ادامه، رده ‌بندی ولتاژ و جریان باتری‌ها، تفاوت‌های کاربردی دو گروه، ساختار مبدل دو طرفه باتری و نقش BMS در حفاظت و تبادل اطلاعات با اینورتر بررسی می‌شود.

بخش اول : رده ‌بندی ولتاژ و جریان باتری‌های لیتیومی چگونه است؟

در صنعت ذخیره ‌سازی انرژی، باتری‌های سازگار با اینورترهای هیبریدی معمولاً به دو گروه LV و HV تقسیم می‌شوند. این دسته‌ بندی بیشتر یک اصطلاح رایج در صنعت است و لزوماً با تعاریف ولتاژ پایین و بالا در استانداردها انطباق ندارد. باتری‌های LV در بسیاری از سیستم‌های خانگی یا صنعتی خرد، با ولتاژ نامی ۴۸ یا 51/2 ولت عرضه می‌شوند. در مقابل، باتری‌های HVمعمولاً از چندین ماژول متصل به‌ صورت سری تشکیل شده‌اند و بسته به طراحی مجموعه، ولتاژ نامی یک رشته باتری می‌تواند از حدود ۱۰۰ ولت تا بیش از 700 ولت طراحی شود.

جهت آشنایی با تفاوت این دو کلاس باتری، بررسی محصولات شرکت Deye مفید واقع خواهد شد. باتری‌های مدل SE-F5 PLUS-L، SE-F12-C و SE-F16-C هر سه با ولتاژ نامی 51/2 ولت در گروه LV  قرار می‌گیرند. 

شکل 1 : باتری Deye مدل SE-F5 PLUS-L

شکل 2 : باتری Deye مدل SE-F12-C

شکل 3 : باتری Deye مدل SE-F16-C

در مقابل، مجموعه BOS-G از اتصال سری ماژول‌های باتری هر کدام با ولتاژ نامی 51/2 ولت برای دستیابی به ولتاژهای بالاتر استفاده می‌کند.

شکل 4 : رشته باتری‌های Deye مدل BOS-G

ولتاژ نامی و محدوده کاری ولتاژ باتری

ولتاژ نامی، مشخصه مرجع باتری است اما ولتاژ واقعی در هنگام کار، با سطح شارژ (SOC) باتری، جریان و دما تغییر می‌کند. بنابراین، کل محدوده ولتاژ کاری باتری باید با محدوده مجاز ورودی باتری در اینورتر تطبیق داده شود. برای مثال، هر ماژول BOS-G PACK 5.1 دارای ولتاژ نامی 51/2 ولت، ظرفیت ۱۰۰ آمپر ساعت و انرژی نامی 5/12 کیلووات‌ ساعت است و با اتصال سری هشت ماژول، ولتاژ نامی رشته به 409/6 ولت و ظرفیت انرژی قابل ذخیره به 40/96 کیلووات ‌ساعت می‌رسد، در حالی ‌که ظرفیت جریانی مجموعه همچنان ۱۰۰ آمپر ساعت باقی می‌ماند؛ اینورتر HV باید بتواند با این میزان ولتاژ ورودی سازگار باشد. در مقابل، اتصال موازی واحدهای LV سری SE-F، ظرفیت آمپر ساعتی و انرژی مجموعه را افزایش می‌دهد ولی ولتاژ نامی را ثابت نگه می‌دارد. معمولا اینورتری که با باتری‌های HV سازگار است، با باتری‌های LV سازگار نیست و بلعکس.

جریان شارژ و دشارژ باتری

رابطه توان در مدارهای DC به‌ صورت زیر بیان می‌شود :

P بر حسب وات، V بر حسب ولت و I بر حسب آمپر است. بر اساس این رابطه، برای انتقال توان یکسان، هر چه ولتاژ باتری بالاتر باشد، جریان کمتری مورد نیاز خواهد بود. یکی از معیارهای بیان جریان مناسب شارژ و دشارژ باتری‌ها، نرخ C یا C-rate است که نسبت جریان به ظرفیت آمپر ساعت باتری را نشان می‌دهد. برای مثال، در یک باتری با ظرفیت ۱۰۰ آمپر ساعت، نرخ 0/5 C معادل جریان ۵۰ آمپر و نرخ 1C  معادل ۱۰۰ آمپر است. انتخاب نرخ 0/5 C، برای شارژ، به کاهش تنش حرارتی و افزایش طول عمر کمک می‌کند و استفاده از این عدد برای باتری‌های لیتیومی بسیار رایج است. باتری SE-F5 PLUS-L و هر ماژولBOS-G ، هر دو دارای ولتاژ نامی 51/2 ولت و ظرفیت ۱۰۰ آمپر ساعت هستند. با اتصال سری ماژول‌های BOS-G، ولتاژ نامی مجموعه افزایش می‌یابد، در حالی‌که ظرفیت مجموعه همچنان ۱۰۰ آمپر ساعت باقی می‌ماند. بنابراین، این مجموعه می‌تواند در جریان 50 آمپر، چندین برابر توان بیشتر نسبت به یک باتری 51/2 ولتی ارسال یا دریافت کند. در مورد باتری‌های LV، افزایش ظرفیت انرژی‌ با اتصال موازی واحدهای سازگار انجام می‌شود. در این آرایش، ولتاژ نامی ثابت می‌ماند و ظرفیت آمپر ساعتی و در نتیجه انرژی نامی مجموعه افزایش می‌یابد.

تفاوت ظرفیت باتری و انرژی ذخیره ‌شده

اعلام دو کمیت آمپر ساعت (Ah) و کیلووات‌ ساعت (kWh) جهت ارائه مشخصات باتری‌ها بسیار رایج‌ است. آمپر ساعت نشان ‌دهنده ظرفیت بار الکتریکی (Q) باتری است، در حالی ‌که کیلووات ‌ساعت مقدار انرژی ذخیره‌ شده را بیان می‌کند. ظرفیت انرژی قابل ذخیره، از رابطه زیر به دست می‌آید :

برای نمونه، باتری SE-F5 PLUS-L با ولتاژ نامی 51/2 ولت و ظرفیت ۱۰۰ آمپر ساعت، دارای انرژی نامی 5/12 کیلووات ‌ساعت است. همچنین باتری SE-F16-C با همان ولتاژ نامی اما ظرفیت ۳۱۴ آمپر ساعت، حدود ۱۶ کیلووات‌ ساعت انرژی ذخیره می‌کند. این مثال نشان می‌دهد که حتی در یک کلاس ولتاژی مشابه، باتری‌ها می‌توانند ظرفیت ذخیره سازی متفاوتی داشته باشند. بنابراین، برای مقایسه ظرفیت انرژی باتری‌ها، کیلووات‌ ساعت معیار مناسب‌ تری نسبت به آمپر ساعت به ‌تنهایی است.

بخش دوم : باتری‌های HV یا LV؛ کدام انتخاب بهتری است؟

انتخاب میان این دو کلاس‌، صرفاً انتخاب میان دو محدوده ولتاژ متفاوت نیست. این تصمیم بر ابعاد تجهیزات الکتریکی، تلفات انتقال انرژی، هزینه نصب، ایمنی و ساختار داخلی اینورتر تأثیر می‌گذارد. هرچند ممکن است در نگاه اول باتری HV به دلیل جریان کمتر گزینه بهتری به نظر برسد، اما در عمل، هیچ ‌یک از این دو معماری برای تمام کاربردها برتری مطلق ندارند.

 جریان و تلفات انتقال انرژی

تلفات مقاومتی کابل‌ها و اتصالات از رابطه زیر محاسبه می‌شود :

در این رابطه، P تلفات توان بر حسب وات، I جریان بر حسب آمپر و R مقاومت کل مسیر رفت ‌و برگشت بر حسب اهم است. برای مقایسه، دو سیستم باتری با ولتاژهای 51/2 و 409/6 ولت را در نظر بگیرید که هر دو توان ۵ کیلووات را به اینورتر تحویل می‌دهند. جریان مورد نیاز در سیستم LV حدود 97/7 آمپر و در سیستم HV حدود 12/2 آمپر است؛ یعنی جریان سیستم ولتاژ پایین هشت برابر جریان سیستم ولتاژ بالاست.

اگر مقاومت کل مسیر رفت ‌و برگشت کابل‌ها و اتصالات در هر دو سیستم، به‌ صورت فرضی، ۱۰ میلی ‌اهم باشد، تلفات مقاومتی در سیستم LV حدود 95/4 وات و در سیستم HV حدود 1/5 وات خواهد بود. بنابراین، با فرض مقاومت یکسان، تلفات سیستم LV تقریباً ۶۴ برابر سیستم HV است. در یک طراحی مناسب، سطح مقطع و مقاومت کابل‌ها یکسان نیست و طبیعتا کابل انتخابی برای سیستم LV باید مقاومت کمتری داشته باشد؛ با این ‌حال، این مثال نشان می‌دهد که افزایش ولتاژ چگونه می‌تواند تلفات انتقال و جریان نامی مورد نیاز کابل‌ها و تجهیزات مسیر قدرت را کاهش دهد. اما آیا می‌توانیم نتیجه بگیریم که راندمان سیستم‌های HV همواره بیشتر است؟ پاسخ خیر است؛ جریان کمتر می‌تواند تلفات مقاومتی مسیر انتقال را کاهش دهد، اما به ‌تنهایی برتری مطلق راندمان را تضمین نمی‌کند. برای مقایسه راندمان، باید تلفات کابل‌ها، تعداد مراحل تبدیل انرژی و نقطه کار تجهیزات نیز در نظر گرفته شوند.

تفاوت ایمنی و پیچیدگی نصب

ولتاژ کمتر باتری‌های LV احتمال خطر برق ‌گرفتگی را کاهش می‌دهد اما در سامانه‌های HV، ولتاژ بالاتر مستلزم رعایت الزامات سخت‌ گیرانه ‌تر عایق ‌بندی و استفاده از تجهیزات قطع و حفاظت مناسب برای مدارهای DC با سطح ولتاژ بالاست. در هر دو گروه، تجهیزات حفاظتی باید متناسب با ولتاژ کاری و جریان خطای احتمالی انتخاب شوند. BMS، تجهیزات حفاظتی و اجرای صحیح دستورالعمل‌های نصب، در کنار یکدیگر ایمنی و بهره‌ برداری مطمئن را برای هردو کلاس، فراهم می‌کنند.

کاربرد باتری‌های LV و HV مرتبط با اینورترهای هیبریدی

باتری‌های LV برای سیستم‌های خانگی و کاربردهای صنعتی کوچک گزینه‌ای رایج تری هستند. برای نمونه، باتری‌های SE-F5 PLUS-L، SE-F12-C و SE-F16-C با ولتاژ نامی 51/2 ولت، امکان انتخاب ظرفیت‌های مختلف ذخیره ‌سازی را فراهم می‌کنند. سامانه‌های HV نظیر BOS-G نیز در کاربردهای خانگی، تجاری و صنعتی به کار می‌روند ولی با افزایش توان، مزیت کاهش جریان در آن‌ها پررنگ ‌تر می‌شود. بر این اساس انتخاب باتری‌های HV برای مصارف صنعتی متوسط و بزرگ، معمولا گزینه مناسب تری است. با این حال نمی‌توان صرفا بر اساس میزان مصرف حکم کلی داد و باید توجه کرد که انتخاب میان باتری‌های LV و HV علاوه بر میزان مصرف، به عواملی مانند محدوده ولتاژ ورودی باتری در اینورتر، قابلیت توسعه ظرفیت ذخیره‌ سازی، فضای در دسترس جهت استقرار باتری‌ها و سازگاری الکتریکی و ارتباطی تجهیزات نیز بستگی دارد.

بخش سوم : مبدل‌ DC-DC دو طرفه باتری در اینورتر هیبریدی چه نقشی دارد؟

یکی از مهم ‌ترین تفاوت‌های ساختاری اینورترهای هیبریدی، به مدار الکترونیک قدرتی مربوط می‌شود که وظیفه تبادل انرژی میان باتری و اینورتر را بر عهده دارد. این مدار که مبدل DC-DC دو طرفه (Bidirectional DC-DC Converter) نامیده می‌شود، امکان انتقال کنترل ‌شده انرژی الکتریکی در هر دو جهت شارژ و دشارژ باتری را فراهم می‌کند. در یک اینورتر هیبریدی، انرژی دریافتی از پنل‌های خورشیدی، باتری یا سایر منابع از طریق مدارات پردازش توان به یک باس مشترک موسوم به لینک DC  منتقل می‌شود. این لینک خازنی وظیفه تأمین ولتاژ DC مورد نیاز بخش DC-AC را بر عهده دارد و ولتاژ آن در محدوده چند صد ولت قرار دارد. اختلاف میان ولتاژ نامی باتری و ولتاژ نامی لینک DC اصلی عاملیست که ساختار مبدل باتری را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

ساختار مبدل باتری در اینورترهای سازگار با باتری‌های LV

در اینورترهای هیبریدی LV، اختلاف قابل ‌توجهی میان ولتاژ باتری و لینک DC وجود دارد. برای مثال، در یک اینورتر با لینک DC حدود ۴۰۰ ولت، ولتاژ باتری باید تقریباً هشت برابر افزایش یابد. برای دستیابی به چنین نسبت تبدیل بزرگی، در این کلاس از اینورترهای هیبریدی، از مبدل‌های DC-DC دو طرفه ایزوله، مجهز به ترانسفورماتور فرکانس بالا استفاده می‌شود. ترانسفورماتور با بهره‌گیری از نسبت دور سیم ‌پیچ‌ها، امکان تغییر قابل ‌توجه سطح ولتاژ را فراهم می‌کند. هنگام دشارژ، کلیدهای قدرت، ولتاژ DC باتری را به موج متناوب فرکانس بالا تبدیل می‌کنند؛ توان از ترانسفورماتور عبور می‌کند و در سمت دیگر یکسو می‌شود.

شکل 5 : ساختار معمول مبدل DC-DC اینورترهای LV

نسبت دور ترانسفورماتور به تطبیق ولتاژ کمک می‌کند و ضمنا ایزولاسیون گالوانیکی نیز فراهم می‌شود. با این ‌حال، در اینجا مهم‌ ترین ویژگی مورد توجه، امکان دستیابی به نسبت تبدیل ولتاژ مناسب برای اتصال باتری LV به لینک DC است.

ساختار مبدل باتری در اینورترهای سازگار با باتری‌های HV

در اینورترهای HV، از آنجا که ولتاژ این باتری‌ها معمولاً در محدوده چند صد ولت قرار دارد، اختلاف سطح ولتاژ میان باتری و لینک DC به‌ مراتب کمتر است. در چنین شرایطی، از مبدل‌های DC-DC دو طرفه غیر ایزوله استفاده می‌شود. برای نمونه، اینورترهای ولتاژ بالای سری SUN-5~25K-SG01HP3-EU-AM2  شرکت Deye برای اتصال به باتری‌هایی با محدوده ولتاژ ۱۶۰ تا ۷۰۰ ولت طراحی شده‌اند و از ساختار شکل 6 در آن‌ها استفاده می‌شود.

شکل 6 : ساختار مبدل DC-DC اینورتر HV شرکت Deye

بخش چهارم : چرا باتری‌های لیتیومی با واحد BMS همراه هستند؟

یکی از دلایل استقبال از باتری‌های لیتیومی در سیستم‌های ذخیره ‌سازی انرژی خورشیدی، طول عمر بسیار بالاتر آن‌ها نسبت به باتری‌های سرب اسید است. با این ‌حال، باتری‌های لیتیومی معمولاً قیمت اولیه بیشتری دارند و دستیابی به عمر مفید مورد انتظار، مستلزم مدیریت صحیح شرایط بهره ‌برداری است. BMS علاوه بر جلوگیری از بروز آسیب‌های ناگهانی ناشی از خطا، نقش بسیار مهمی در کاهش فرسودگی زود هنگام سلول‌ها و ثبات عملکرد یکنواخت باتری در طول زمان دارد.

در مجموعه‌ای از سلول‌های متصل به ‌صورت سری، اختلاف ظرفیت یا SOC سلول‌ها نسبت به هم می‌تواند باعث شود هنگام شارژ یا دشارژ، یکی از آن‌ها زودتر از سایر سلول‌ها به محدوده ولتاژ نامجاز برسد. بنابراین، اندازه‌ گیری ولتاژ یک رشته سلول، برای حفاظت کافی نیست و پایش مستقل سلول‌ها و متعادل ‌سازی سطح شارژ آن‌ها (Cell Balancing) اهمیت ویژه‌ای دارد.

موضوع دیگر، دشواری تخمین SOC در باتری‌های لیتیوم آهن فسفات (LFP) است. این ساختار شیمایی پرکاربرد ترین ساختار فعلی در BESS هاست و منحنی ولتاژ این باتری‌ها نسبت به SOC در بخش بزرگی از محدوده کاری نسبتاً تخت است؛ در نتیجه، تغییر قابل ‌توجه SOC  ممکن است با تغییر اندکی در ولتاژ همراه باشد. به همین دلیل، BMS برای تخمین سطح شارژ، علاوه بر ولتاژ، از اندازه‌گیری جریان و الگوریتم‌هایی مانند شمارش کولن (Coulomb Counting) استفاده می‌کند.

شکل 7 : مقایسه منحنی ولتاژ-درصد ظرفیت مصرف شده

در باتری‌های سیلد اسید، تخمین تقریبی SOC از طریق ولتاژ معمولاً ساده است و مدیریت شارژ اغلب با روش‌ شناخته شده‌ی شارژ سه مرحله‌ای انجام می‌شود. این تفاوت، همراه با حساسیت باتری‌های لیتیومی به شرایط خارج از محدوده مجاز، اهمیت حضور BMS را در کنار آن‌ها افزایش می‌دهد.

مدیریت محدودیت‌های لحظه‌ای شارژ و دشارژ 

یکی از وظایف مهم BMS، تعیین محدوده مجاز عملکرد باتری و به ‌روزرسانی آن متناسب با شرایط واقعی سلول‌هاست. شارژ با جریان نامناسب یا در دمای بسیار پایین، تخلیه بیش از حد، عملکرد طولانی ‌مدت در دمای بالا یا نزدیک محدوده‌های انتهایی شارژ، می‌تواند فرسودگی باتری را تسریع کند. از این ‌رو،BMS  در سیستم‌های مجهز به ارتباط هوشمند، محدودیت‌هایی مانند حداکثر ولتاژ شارژ (CVL)، حداکثر جریان شارژ (CCL) و حداکثر جریان دشارژ (DCL) را متناوبا به اینورتر اعلام می‌کند. این محدودیت‌ها در سیستم‌های پیشرفته می‌توانند بر اساس دما، SOC و وضعیت سلول‌ها به‌ صورت دینامیکی تغییر کنند و اینورتر موظف است آن‌ها را در کنترل توان خود رعایت کند. برای مثال، اگر باتری در شرایط عادی امکان شارژ با جریان ۱۰۰ آمپر را داشته باشد، ممکن است BMS با افزایش دما یا نزدیک ‌شدن سلول‌ها به حداکثر ولتاژ مجاز، این مقدار را به ۴۰ آمپر کاهش دهد. در چنین شرایطی، اینورتر به ‌جای ادامه شارژ با جریان قبلی، موظف است جریان را مطابق محدودیت جدید تنظیم کند. این شیوه که به کاهش تدریجی توان مجاز یا Derating معروف است، به جلوگیری از تنش‌های نامطلوب و حفظ عمر باتری کمک می‌کند.

تعیین حداقل SOC مجاز نیز اهمیت دارد؛ زیرا تخلیه عمیق و تکرار شونده می‌تواند بر عمر باتری تأثیر منفی بگذارد. البته باید میان حداقل SOC حفاظتی که توسط BMS تعیین می‌شود و حداقل SOC بهره ‌برداری که ممکن است توسط کاربر یا کنترلر اینورتر تنظیم شود، تفاوت قائل شد. حد بهره ‌برداری معمولاً می‌تواند محافظه‌ کارانه ‌تر انتخاب شود تا باتری کمتر در معرض تخلیه عمیق قرار گیرد. در کل می‌توان گفت که، BMS صرفاً هنگام وقوع خطا وارد عمل نمی‌شود؛ بلکه با تعیین و اعلام محدودیت‌های عملیاتی، به بهره ‌برداری ایمن ‌تر و افزایش عمر مفید باتری کمک می‌کند.

ساختار مدیریت در باتری‌های HV و LV

در باتری‌هایLV ، هر واحد باتری به BMS داخلی مجهز است. هنگام اتصال موازی چند باتری، هماهنگی عملکرد مجموعه از طریق ساختار Master/Slave انجام می‌شود. یعنی یک ارتباط مخابراتی بین واحدهای باتری وجود دارد و یکی از واحدها که با تنظیمات نرم افزاری به عنوان Master تعیین شده است، با اینورتر ارتباط مخابراتی برقرار می‌کند.

در مجموعه‌های HV، ماژول‌ها به‌ صورت سری متصل می‌شوند و علاوه بر نظارت بر سلول‌ها که توسط BMS محلی هر ماژول باتری انجام می‌شود، مدیریت یکپارچه ی رشته ی ولتاژ بالای باتری نیز اهمیت دارد. مثلا برای ماژول‌های BOS-G، واحد BOS-G PDU2 وظایفی مانند هماهنگی و مدیریت کل رشته باتری، کنترل تجهیزات قطع و وصل مسیر قدرت و ارتباط مخابراتی با اینورتر را بر عهده دارد.

شکل 8 : نمایی از جلو و پشت واحد BOS-G PDU2

عملکرد مطلوب باتری لیتیومی حاصل همکاری BMS و واحد کنترلر اینورتر است؛ یکی محدوده مجاز بهره ‌برداری را مشخص می‌کند و دیگری با کنترل توان شارژ و دشارژ، این محدودیت‌ها را اجرا می‌کند. نحوه تبادل این اطلاعات، موضوع بخش بعدی خواهد بود.

بخش پنجم : ارتباط BMS با اینورتر به چه شکل انجام می‌شود؟

همانطور که اشاره شد، کنترل فرآیند شارژ و دشارژ باتری حاصل همکاری دو واحد مستقل است : BMS و کنترلر اینورتر. این همکاری به ارتباط مخابراتی مطمئن نیاز دارد که اطلاعات باتری را به ‌صورت پیوسته در اختیار اینورتر قرار دهد.

بسترهای ارتباطی CAN و  RS485

دو پروتکل یا به عبارت بهتر، بستر ارتباطی متداول برای ارتباط باتری‌های لیتیومی با اینورترهای هیبریدی، CAN (Controller Area Network) و RS485  هستند. هر دو برای انتقال قابل ‌اعتماد اطلاعات در محیط‌های صنعتی پر نویز کاربرد دارند، اما از نظر شیوه ارتباط و مدیریت تبادل داده متفاوتند. CAN یک پروتکل و بستر ارتباطی است که امکان تبادل اطلاعات میان چندین واحد کنترلی را از طریق یک شبکه مشترک فراهم می‌کند. این فناوری به دلیل قابلیت تشخیص خطا، اطمینان بالا در انتقال داده‌ها و مدیریت منظم ارتباط میان تجهیزات، کاربرد گسترده‌ای در سیستم‌های صنعتی دارد. در مقابل، RS485 یک بستر فیزیکی ارتباطی است که امکان انتقال داده میان تجهیزات را فراهم می‌کند و معمولاً همراه با پروتکل‌هایی مانند  Modbus RTU مورد استفاده قرار می‌گیرد. نکته مهم آن است که برخورداری دو دستگاه (یعنی یک اینورتر و یک BMS) از رابط CAN یا RS485  لزوماً به معنای سازگاری ارتباطی آن‌ها نیست. باتری و اینورتر علاوه بر رابط مخابراتی مشترک، باید از پروتکل نرم افزاری سازگار با یکدیگر و تعاریف یکسانی برای پیام‌ها پشتیبانی کنند.

اطلاعاتی که BMSها به اینورتر ارسال می‌کنند

جدول زیر پیام‌های متداول BMS به اینورتر را بر اساس کاربرد دسته ‌بندی می‌کند. وجود و تعریف دقیق هر پارامتر به پروتکل و برند محصولات بستگی دارد.

محدودیت عملیاتی و فرمان کنترلی

یکی از نکات مهم در ارتباط BMS و اینورتر، تفاوت میان اعلام محدودیت و صدور درخواست است. برای مثال، اگر BMS حداکثر جریان مجاز شارژ را x آمپر اعلام کند، به این معنی نیست که اینورتر موظف است باتری را با جریان x آمپر شارژ کند. این مقدار صرفاً حد بالای مجاز جریان شارژ است و اینورتر می‌تواند بر اساس توان در دسترس، وضعیت شبکه و تنظیمات سیستم، جریان کمتری انتخاب و توسط مبدل DC-DC اعمال کند. در مقابل، پیام‌هایی مانند درخواست شارژ اجباری یا ممنوعیت دشارژ، مستقیماً به شرایط مجاز ادامه فعالیت مربوط می‌شوند و ممکن است رفتار کنترلی اینورتر را تغییر دهند. به این ترتیب، ارتباط BMS و اینورتر امکان تنظیم تدریجی شرایط بهره ‌برداری را فراهم می‌کند و از عملکرد مداوم باتری در شرایط نامطلوب جلوگیری می‌کند.

اهمیت ارتباط پایدار و سازگاری تجهیزات

ارتباط صحیح میان BMS و اینورتر تنها به تبادل داده محدود نمی‌شود؛ بلکه بخشی از سازوکار مدیریت ایمن یک BESS است. قطع ارتباط، دریافت اطلاعات نامعتبر یا ناسازگاری پروتکل نرم افزاری می‌تواند باعث شود اینورتر دیگر به محدودیت‌های به روز باتری دسترسی نداشته باشد. به همین دلیل، در سیستم‌های دارای ارتباط هوشمند، قطع طولانی‌ مدت ارتباط معمولاً موجب اعمال محدودیت حفاظتی، توقف شارژ یا دشارژ یا اعلام خطا می‌شود. واکنش دقیق به طراحی و تنظیمات تجهیزات بستگی دارد. در نتیجه، هنگام انتخاب باتری لیتیومی برای یک اینورتر هیبریدی، سازگاری ارتباطی BMS با اینورتر به ‌اندازه سازگاری بازه های ولتاژ و جریان اهمیت دارد. این سازگاری است که امکان بهره‌گیری از قابلیت‌های مدیریت هوشمند باتری و رعایت محدودیت‌های متغیر آن را فراهم می‌کند.

کلام آخر

باتری‌های لیتیومی با وجود شباهت در فناوری ذخیره ‌سازی انرژی، می‌توانند از نظر ویژگی‌های الکتریکی، ساختار داخلی و نحوه تعامل با اینورترهای هیبریدی تفاوت‌های قابل ‌توجهی داشته باشند. انتخاب میان باتری‌های HV و LV، علاوه بر ظرفیت ذخیره‌ سازی، بر جریان انتقالی، تلفات انرژی، تجهیزات حفاظتی و معماری مبدل‌های الکترونیک قدرت تأثیر می‌گذارد.

در کنار این تفاوت‌های سخت ‌افزاری، سیستم مدیریت باتری نقش تعیین ‌کننده‌ای در بهره ‌برداری مطمئن و افزایش طول عمر باتری‌های لیتیومی دارد. پایش وضعیت سلول‌ها، تخمین میزان شارژ و تعیین پویای محدودیت‌های مجاز عملکرد، امکان استفاده بهینه ‌تر از ظرفیت باتری را فراهم می‌کند. این قابلیت‌ها زمانی به‌ درستی مورد استفاده قرار می‌گیرند که BMS و اینورتر بتوانند از طریق یک پروتکل ارتباطی سازگار، اطلاعات موردنیاز را مبادله کنند.

در نهایت، عملکرد مطلوب یک سیستم ذخیره‌ ساز انرژی حاصل هماهنگی میان باتری، مدارهای پردازش توان و سیستم‌های مدیریت و کنترل است. شناخت این ارتباط، علاوه بر کمک به انتخاب تجهیزات مناسب، در درک عملکرد و محدودیت‌های اینورترهای هیبریدی نیز اهمیت دارد.