MEGATRON- Büyük Kapasiteli Enerji Depolama için Yüksek Voltaj Lityum Batarya Yönetim Sistemi
Büyük miktarda elektrik enerjisini depolamak için tasarlanan teknolojilerin en yoğun kullanılan tipi olan Lityum Bataryalı Enerji Depolama Sistemi (BESS) konusunda BATKON tarafından yapılan Ar-Ge ve Ür-Ge çalışmaları, Elektrik Dağıtım Şirketleri (EDAŞ) ile birlikte yapılan TÜBİTAK TEYDEB 1511 projeleri ve özel sektörle yapılan işbirlikleri sonucunda BATKON olarak “MEGATRON” adını verdiğimiz Yüksek Voltaj BMS sistemlerini hazırladık.
Yenilenebilir
Enerji
PeakShave
Frekans
Regülasyon
Yük Kaydırma
Talep
Cevabı
Enerji Yedekleme
Güç
Kalitesi
BESS konusunda temel yaklaşımımız sistemin “Modüler” olması ve istenen DC voltaj ve istenen Wh kapasitelere bu modülleri ekleyip çıkararak ulaşabilmekti. Bu bağlamda tasarladığımız “Megatron” Yüksak Voltaj Batarya Yönetim donanımımızı özel haberleşme ve yönetim algoritmaları ile donatarak 16 hücreden 300 hücreye ulaşabilen ve pratikte 1300 VDC nominal gerilimlere ulaşan depolama sistemleri üretebilmeyi sağlayan bir altyapı hazırladık.
Sistemin en küçük birimi LBM (Lityum Batarya Modülü) içerisinde istenen Ah kapasitede 16 adete kadar seri bağlı hücrenin Batarya İzleme birimi (BMU) donanımı ve gömülü yazılımı ile izlendiği bir kutu halinde oluşturuluyor. Kullanılacak hücre kimyası (LFP, NMC, NCA, LCA, LTO vs.) tamamen uygulamaya göre değişebilir çünkü BMU'lar her türlü Lityum kimyasına donanım ve yazılım olarak uyarlanabiliyor. Pratikte LFP hücreler kullanılıyor ama sistemimiz Sodyum İyon hücre kimyasını da destekliyor
LBM modüllerini kontrol eden BMU'ları koordine etmek ve yüksek gerilimli depolama sistemini yönetmek için bir de Master BMS (MSC-Master String Controller) tasarladık ve bu donanımın izole CANBus üzerinden LBM’lerdeki Slave BMU'lar ile iletişimi kurması için protokol oluşturduk. İzole olması önemli çünkü her LBM farklı gerilim seviyelerinde. Bu sayede Master BMS (MSC) tüm diğer slave BMU’lardaki ölçülen verileri CANBus üzerinden alarak sistem ile ilgili kararları vermek için kullanabiliyor. Her iki tip kart da W-Fi destekliyor ve her birinin içinde birer gömülü web sunucu bulunuyor. Bu sayede kartın SSID'sinden bağlanıp kartın tüm ayarlarını yapabiliyor ve dashboard sayfalarından online verileri izleyebiliyorsunuz. Özel yazılım veya kablo satmıyoruz. Telefonunuzla bile erişebilirsiniz.
Megatron Elektronik Donanımları
Master BMS (MSC); dizi üzerindeki tüm hücrelerin gerilimlerini ve sıcaklık değerlerini anlık öğrendiği için bir Lityum BMS’ten beklenen OVP (Yüksek hücre gerilimi koruması), UVP (Düşük hücre gerilimi koruması), OTP (Yüksek hücre sıcaklığı koruması), OCP (Şarj/Deşarj sırasında aşırı akım koruması) gibi tüm koruma algoritmaları işletebiliyor. Master MSC kontrol ettiği hücre dizisine (String) seri olarak bağlı anahtarları (Kontaktör) da kontrol ederek gerektiğinde şarj ve deşarj yönünde akım akmasını kesebiliyor. Aynı zamanda “hall effect” akım sensörü ile de hassas bir şekilde dizi akımını okuyarak; aşırı akım koruması işlevine ek olarak dizinin Ah olarak aktüel kapasitesini de hesaplayabiliyor.
Bir MEGATRON sistemine birden fazla hücre dizisi kullanılabiliyor. Bu LBM modüllerinin ergonomik olarak yerden kaldırılıp raflara yerleştirilebilmesi için gerekli bir özellik. Çünkü 150 Ah’den daha büyük hücreleri 15-16 adet serileyip tek bir metal kutuya koymaya çalıştığınızda kutunun ağırlığı ergonomi sınırlarını aşabiliyor. Bu nedenle Megawattsaat kapasitelere ulaşmak için birden fazla diziyi paralel çalıştırmak zorunlu hale geliyor. Biz de MEGATRON’da bunu düşünerek her diziyi 100-300 Ah LBM'lerden oluşacak şekilde öngördük. Seçilen dizi voltajını bu Ah değeri ile çarpınca o dizinin Wh depolama kapasitesi hesaplanabiliyor. Pratikte 1300VDC bir dizide 300Ah hücrelerle toplamda 385 kWh kadar enerji depolaması yapılabiliyor. Dolayısı ile 3 dizi paralel olunca 1 MWh enerji depolaması yapılabiliyor.
Ancak gerektiğine 15-16 seri yerine bir LBM'de örneğin 12 seri hücre de kullanabiliriz. Seri bağlı LBM'lerden oluşan dizinin önüne bir “çift yönlü redresör/invertör” işlevi gören ve literatürde “Power Conversion System – PCS” adı verilen yüksek voltaj güç elektroniği sistemleri ekleniyor. Bu sayede örneğin 1 MW güç gereken bir BESS için 3 adet diziyi AC tarafta birbirine paralel bağlayacak bir yapı oluşturabiliyoruz. Fakat uygulamada istenirse daha büyük güçlü PCS'ler kullanarak birden fazla batarya dizisini Yüksek Voltaj DC barada paralelleyecek yapıları da destekleyecek şekilde alt yapımızı hazırladık.
BMS’lerimiz ise kendi aralarında izole CANBus ile iletişim kurarken LBM kutuları içerisinde pasif hücre dengelemesi ve pasif modül dengelemesi gibi özellikleri de yönetiyorlar. Bu sayede yüzlerce seri bağlı Lityum hücre arasındaki gerilim ve dolayısı ile SoC farklarını azaltarak BESS’in enerji depolama kapasitesini optimize etmeye yardımcı oluyoruz.
MEGATRON - Rack
MEGATRON - Stack
Birden fazla diziye sahip MEGATRON sistemlerde diziler arası koordinasyonun sağlanması ve BESS’in dış dünya ile iletişimi için mEMS (mini Enerji Yönetim Sistemi) modülü de geliştirdik. LCD ekrana da sahip olan bu birim Master BMS-MSC’lerle RS485 MODBUS üzerinden iletişim kurarak sistemin tamamı hakkında bilgi sahibi oluyor ve bu bilgiyi analiz ederek temel kararları verebiliyor. mEMS üzerinden SmartGrid bulut sunucularından alınan komutlar MSC’lere iletilerek dizilerin şarj veya deşarj yönünde istenen güçlerde devreye girmesi, gücün diziler arasında eşit dağıtılması, arıza tespit edilen dizinin sistemden yalıtılması ve alarmların SmartGrid bulut sunuculara iletilmesi gibi onlarca durumu yönetme işlevi mEMS tarafından yapılıyor.
MEGATRON sistemimiz mekanik olarak ihtiyaca göre istenen şekilde tasarlanabiliyor. Örneğin klasik raflı sistemler şeklinde diziler üretilebiliyor. İhtiyaca göre daha büyük kapasiteli ve üst üste monte edilebilen kutular şeklide mekanik tasarımları da uygulayabiliyoruz.