Wat maakt een thuisaccu echt veilig? Binnenin de meerlaagse veiligheidsarchitectuur van HiBattery 4020

Bij het kiezen van een thuisaccusysteem trekken capaciteit, vermogen en energiebesparing vaak de meeste aandacht.

Maar achter elk betrouwbaar energieopslagsysteem schuilt iets wat nog belangrijker is: veiligheid.

Van een thuisaccu verwachten huiseigenaren dat deze jarenlang, zelfs decennialang, veilig werkt, ondanks zomerse hitte, winterse kou, dagelijkse laadcycli en onverwachte bedrijfsomstandigheden. Om dat niveau van betrouwbaarheid te bereiken, is veel meer nodig dan alleen een veilige accucel. Daarvoor is bescherming op elk niveau van het systeem nodig.

In tegenstelling tot zonnepanelen op daken slaan accu’s een grote hoeveelheid energie op in een compacte ruimte in of nabij uw woning. Daarom kan veiligheid niet afhankelijk zijn van één enkele component – bescherming is nodig gedurende de volledige levenscyclus van het systeem.

Hier bekijken we de technologieën die ervoor zorgen dat HiBattery 4020 gedurende zijn volledige levensduur veilig blijft.

Veiligheid begint op celniveau

Elk accusysteem is slechts zo veilig als de cellen waaruit het bestaat.

HiBattery 4020 maakt gebruik van prismatische LFP-cellen (lithiumijzerfosfaat), een van de veiligste en meest beproefde accuchemieën van dit moment.

In vergelijking met andere lithium-ionchemieën bieden LFP-cellen:

• Uitstekende thermische stabiliteit en weerstand tegen thermische runaway

• Structurele integriteit, zelfs onder extreme omstandigheden zoals zware schokken, spijkerpenetratie of overladen

• Lange cyclische levensduur

• Uitstekende betrouwbaarheid op lange termijn

Daarnaast maakt de HiBattery 4020 gebruik van prismatische 314 Ah-grootformaatcellen van automotive-kwaliteit, waardoor het aantal interne elektrische verbindingen afneemt en de energiedichtheid en duurzaamheid van het systeem toenemen. Systemen met dezelfde capaciteit kunnen zo met minder cellen worden gebouwd, wat zorgt voor een betere celconsistentie.

In combinatie met meer dan 8.000 laad- en ontlaadcycli en een verwachte levensduur van maximaal 25 jaar vormen deze cellen een solide basis voor langdurige veiligheid en prestaties.

BMS: Het brein en de bewaker van de accu

Hoewel accucellen energie opslaan, zorgt het accubeheersysteem (BMS) ervoor dat die energie veilig wordt gebruikt.

Het door Hoymiles zelf ontwikkelde BMS bewaakt continu in realtime de spanning, stroom en temperatuur van elke accucel. Het beheert het laad- en ontlaadgedrag, balanceert de prestaties van de cellen en coördineert de werking van het volledige accupakket.

Het systeem biedt uitgebreide bescherming tegen:

• Overspanning: bescherming tegen celoverspanning, overspanning van het accupakket en een te groot spanningsverschil tussen cellen.

• Onderspanning: bescherming tegen celonderspanning en onderspanning van het accupakket.

• Overstroom

• Overtemperatuur: bescherming tegen overtemperatuur van de cel, overtemperatuur van het accupakket en een te groot temperatuurverschil tussen cellen.

• Lage temperatuur: bescherming tegen een te lage celtemperatuur en een te lage temperatuur van het accupakket.

• Kortsluitingen

• Lage laadtoestand (SoC)

• Hoge laadtoestand (SoC)

Om gepast te reageren op verschillende situaties, hanteert het BMS een drietraps beschermingsstrategie:

Niveau 1: Vroege waarschuwing

Het systeem detecteert afwijkende omstandigheden in een vroeg stadium en past een lichte vermogensbegrenzing toe. Deze waarschuwing betekent niet dat er een defect in het product is.

Niveau 2: Alarm

De betreffende functie wordt beperkt tot nul uitgangsvermogen, wat aangeeft dat de bedrijfsgrens is bereikt. Het systeem blijft onder spanning staan, maar wordt niet geforceerd uitgeschakeld.

Niveau 3: Storingsbeveiliging

Wanneer een ernstige storing wordt gedetecteerd, wordt de betreffende functie tot nul beperkt en wordt de bijbehorende MOS fysiek ontkoppeld. Hierdoor wordt het elektrische pad onderbroken en stopt de werking van het product totdat het probleem is verholpen.

Dit gelaagde beschermingsmechanisme helpt voorkomen dat kleine afwijkingen uitgroeien tot grote veiligheidsrisico's.

Hoe verlengt intelligente celbalancering de levensduur van de accu?

Wat is celbalancering?

Een accupakket bestaat uit meerdere in serie geschakelde cellen. Hoewel deze cellen volgens dezelfde specificaties zijn gefabriceerd, zijn kleine verschillen in capaciteit en interne weerstand onvermijdelijk.

Na langdurige laad- en ontlaadcycli nemen de spannings- en capaciteitsverschillen tussen afzonderlijke cellen geleidelijk toe, waardoor sommige cellen hun grenzen eerder bereiken dan andere.

Celbalanceringstechnologie past de laadtoestand van elke cel actief aan om verschillen in spanning en capaciteit te verkleinen, waardoor alle cellen gelijkmatiger laden en ontladen.

Celbalancering in één oogopslag

Waarom is celbalancering belangrijk?

Wat gebeurt er als een te groot spanningsverschil langdurig aanhoudt? Sommige cellen raken veel eerder volledig opgeladen, terwijl andere nog onvoldoende geladen zijn. Tijdens het ontladen raken sommige cellen eerder leeg dan andere, waardoor de bruikbare capaciteit van het hele systeem drastisch afneemt.

Met intelligente actieve celbalancering kalibreert het systeem de laadniveaus van de cellen dynamisch en in realtime, waardoor beperkingen als gevolg van zwakke cellen worden geëlimineerd. Alle cellen behouden dezelfde laad- en ontlaaddiepte, waardoor hun degradatie gelijkmatig wordt vertraagd. En het resultaat? De cyclische levensduur van de accu wordt met maximaal 20% verlengd!

DC/DC-balancering op accupackniveau voor accu-uitbreiding

Naarmate accusystemen in de loop van de tijd worden uitgebreid, ontstaan er van nature verschillen tussen oudere en nieuwere accumodules.

Zonder goed beheer kunnen deze verschillen de systeemefficiëntie beïnvloeden en ongelijkmatige veroudering versnellen.

Om dit probleem aan te pakken, is elke accu uitgerust met een onafhankelijke bidirectionele DC/DC-module. Wanneer een defecte accu wordt vervangen of een nieuwe wordt toegevoegd, balanceert het systeem automatisch de SoC. Dit verkort de voorlaadtijd en verlaagt de uitbreidingskosten.

Dit stelt het systeem in staat om:

• De prestaties tussen oude en nieuwe accumodules in balans brengen

• Ongelijkmatige degradatie verminderen

• De systeemstabiliteit op lange termijn verbeteren

• Veiligere accu-uitbreiding ondersteunen

Dynamische SoC-balancering werkt volledig automatisch zonder dat handmatige inbedrijfstelling vereist is, waardoor de drempel voor beheer en onderhoud wordt verlaagd. Belangrijker nog is dat een storing in één accu-eenheid geen invloed heeft op andere parallel geschakelde modules. Wanneer gebruikers de opslagcapaciteit willen uitbreiden, maakt het dus niet uit of de nieuwe cellen uit dezelfde productiebatch of hetzelfde jaar afkomstig zijn. Gebruikers kunnen tijdens het geleidelijk opschalen van het systeem eenvoudig oude en nieuwe accu’s combineren.

Dual-MCU-architectuur: Redundantie voor kritieke bescherming

De Hoymiles HiBattery 4020-serie maakt gebruik van een innovatieve Dual-MCU-architectuur – een cruciale eigenschap die maximale veiligheid waarborgt. Maar wat houdt dit in? MCU staat voor Microcontroller Unit en vormt de rekenkern van het accubeheersysteem – vergelijkbaar met de CPU van een computer. De Dual-MCU-architectuur houdt in dat de volledige eenheid is uitgerust met twee onafhankelijke, geïsoleerde hoofdbesturingschips. Beide chips verzamelen gelijktijdig celgegevens, voeren afzonderlijk veiligheidsbeoordelingen uit en valideren storingssignalen. Het grootste voordeel van een Dual-MCU is dat deze bescherming in twee lagen en een dubbele uitschakelmogelijkheid biedt. 

Maar waarom is dat zo belangrijk? Oplossingen met slechts één MCU brengen namelijk risico's met zich mee: als de hoofdcontroller defect raakt of de meetsignalen verstoord zijn, kan het beveiligingssysteem uitvallen, met veiligheidsrisico's zoals overlading en oververhitting tot gevolg.

Het Dual-MCU-ontwerp maakt gebruik van redundante back-uplogica. De twee besturingseenheden controleren elkaar continu. Als een van beide chips een afwijking vertoont, kan de andere zelfstandig beschermingsmechanismen activeren om veiligheidsrisico's als gevolg van een uitval van de hoofdcontroller te voorkomen. Dit ondersteunt de betrouwbare werking van kernbeveiligingsfuncties zoals thermische beveiliging, kortsluitbeveiliging en overspanningsbeveiliging.

Hoymiles maakt gebruik van uiterst betrouwbare industriële chips die bestand zijn tegen extreem hoge en lage temperaturen en elektromagnetische interferentie. Daardoor zijn ze geschikt voor complexe elektrische omgevingen in woningen.

Ingebouwde brandblussing voor extreme situaties

Hoewel thermische incidenten uiterst zeldzaam zijn, beschikt HiBattery 4020 over aanvullende beschermingslagen voor het geval zich het worstcasescenario voordoet.

Een geïntegreerd aerosol-brandblussysteem staat continu paraat als laatste verdedigingslinie.

Wanneer de temperatuur boven 170 °C uitkomt, activeert het systeem automatisch brandblussende aerosolen om te helpen voorkomen dat vlammen zich naar omliggende componenten verspreiden.

Drukontlastingsbescherming

In extreme gevallen van thermische runaway kan de snel toenemende interne druk een veiligheidsrisico vormen.

Elk accupakket is voorzien van een speciaal explosiebestendig drukontlastingsventiel dat specifiek is ontworpen voor scenario's van thermische runaway.

In tegenstelling tot conventionele drukontlastingskleppen, die voornamelijk zijn ontworpen voor langzame drukafvoer, is het explosiebestendige drukontlastingsventiel ontworpen om de intense drukpieken te weerstaan die gepaard gaan met thermische runaway en verbranding.

Conclusie: Veiligheid is nooit één enkele functie

Een werkelijk veilige thuisaccu wordt niet bepaald door één technologie, één sensor of één beschermingsfunctie.

Het is het resultaat van meerdere beschermingslagen die samenwerken – van veilige accuchemie en intelligent accubeheer tot brandblussing, drukontlasting, celbalancering en redundante besturingssystemen.

Door deze technologieën te combineren in een geïntegreerde veiligheidsarchitectuur is HiBattery 4020 ontworpen om niet alleen betrouwbare energieopslag te bieden, maar ook de langdurige gemoedsrust die huiseigenaren verwachten van een accusysteem dat dicht bij hun woning is geïnstalleerd.

HiBattery 4020 X    

HiBattery 4020 AC