Einführung
Ein ESS-System mit erweiterter Reichweite bezieht sich auf ein vollständig integriertes Produkt, bei dem Batterie, Stromumwandlungsausrüstung, Generatorschnittstelle und Steuerung als eine einzige Einheit konzipiert sind. Dieser integrierte Ansatz ermöglicht eine optimierte Kühlung, reduzierte Kommunikationslatenz und vorab getestete Steuersequenzen. Injet HanCang entwickelte im Jahr 2024 einen Prototyp eines ESS-Systems mit erweiterter Reichweite von fünfhundert Kilowattstunden und setzte im Jahr 2025 sechs Produktionseinheiten ein. In diesem Artikel werden die integrierte Designarchitektur, die Gründe für die Komponentenauswahl und die Leistungsdaten aus dem ersten Betriebsjahr detailliert beschrieben.
Beschreibung der integrierten Systemarchitektur
Das erweiterte ESS-System der Injet HanCang-Reihe verwendet eine gemeinsame DC-Bus-Architektur. Die Batteriebank besteht aus Lithium-Eisenphosphat-Zellen, die in einer 240-Volt-Konfiguration angeordnet sind. Ein bidirektionaler Gleichstromwandler verbindet die Batterie mit einem 1000-Volt-Gleichstrombus. Der Generator, ein Dieselaggregat mit variabler Drehzahl, ist über einen aktiven Gleichrichter mit dem Bus verbunden. Der Netzwechselrichter verbindet den Bus mit der AC-Seite. Eine speicherprogrammierbare Steuerung überwacht den Batterieladezustand, den Generatorstatus, die Lastleistung und den Netzstatus. Der Controller gibt Start- und Stoppbefehle an den Generator basierend auf Ladezustandsschwellenwerten. Alle Komponenten passen in einen Standard-20-Fuß-Versandcontainer. Die Batterie nimmt die linke Hälfte des Behälters ein. Der Generator befindet sich in der rechten hinteren Ecke. Der Wechselrichter, der Gleichrichter und die Steuerung befinden sich im rechten vorderen Bereich. Das Wärmemanagement nutzt eine flüssigkeitsgekühlte Platte für die Batterie und eine Zwangsluftkühlung für den Generator und die Leistungselektronik.
Komponentenauswahl und Spezifikationen
Jede Komponente im erweiterten ESS-System wurde auf der Grundlage spezifischer Leistungskriterien ausgewählt. Die Batteriezellen bestehen aus prismatischem Lithiumeisenphosphat mit einer Nennspannung von drei Komma zwei Volt und einer Kapazität von dreihundert Amperestunden. Die Batteriebank enthält einhundertvierundvierzig Zellen, die in achtundvierzig Reihengruppen von drei parallelen Zellen angeordnet sind. Die Nennenergie beträgt fünfhundertachtzehn Kilowattstunden. Der Generator ist ein Vierzylinder-Dieselmotor mit Turbolader und einer Dauerleistung von 150 Kilowatt. Der Generator verfügt über eine Zwölf-Volt-Starterbatterie mit automatischem Ladegerät. Der aktive Gleichrichter verwendet Siliziumkarbid-MOSFETs und hat einen Nennwirkungsgrad von 97 Prozent bei Volllast. Der Netzwechselrichter hat eine Nennleistung von dreihundert Kilowatt im Dauerbetrieb und fünfhundert Kilowatt für zehn Sekunden. Bei der Steuerung handelt es sich um eine speicherprogrammierbare Steuerung mit zwei redundanten Netzteilen und einer Echtzeituhr zur Zeitplanung der Nutzung.
Steuerlogik und Zustandsmaschinenbetrieb
Die Steuerlogik im Range-Extended-ESS-System arbeitet als Zustandsmaschine mit fünf Zuständen. Zustand eins ist im Leerlauf, in dem das System die Last und das Netz überwacht, aber keine Maßnahmen ergreift. Zustand zwei ist die Batterieentladung, bei der das System Last aus der Batterie liefert. Zustand drei ist die Batterieladung aus dem Netz, wobei das System die Batterie in Zeiten mit niedrigen Kosten auflädt. Zustand vier ist die Generatorladung, bei der das System den Generator startet und die Batterie lädt. Zustand fünf ist ein Fehler, bei dem das System die Batterie isoliert und den Generator abschaltet. Übergänge zwischen Zuständen werden durch den Ladezustand, die Tageszeit und den Netzstatus ausgelöst. Die Ladezustandsschwellenwerte sind konfigurierbar. Injet HanCang liefert Systeme mit Standardschwellenwerten von dreißig Prozent für den Generatorstart und siebzig Prozent für den Generatorstopp. Der Regler verfügt über eine Totzone von fünf Prozentpunkten, um Schwankungen zwischen den Zuständen zu verhindern.
Prototyp-Testergebnisse aus der Laborumgebung
Der 500-Kilowattstunden-Prototyp durchlief vor dem Feldeinsatz ein zwölfwöchiges Labortestprogramm. Das Testprogramm maß die elektrische Leistung, die thermische Leistung und das Sicherheitsverhalten. Elektrische Leistungstests ergaben, dass die DC-Bus-Spannungsregelung während Generatorstarttransienten innerhalb von plus oder minus einem Prozent liegt. Die Startzeit des Generators bis zur vollen Leistung betrug acht Sekunden und wurde durch das Aufwärmen des Motors begrenzt. Die Rampenrate des Batteriestroms wurde auf Punkt zwei C begrenzt, um Spannungsspitzen zu vermeiden. Der Gesamtwirkungsgrad des Systems vom Generatorkraftstoff bis zur Last, einschließlich der gesamten Leistungselektronik, wurde bei Volllast mit 34 Prozent gemessen. An einem Punkt gemessener Standby-Verlust von zwei Kilowatt, hauptsächlich durch den Controller und das Batteriemanagementsystem. Der Range Extender trug im Testzeitraum 38 Prozent zur Gesamtenergie bei, der Rest stammte aus der Netzaufladung.
Feldleistungsdaten von sechs Produktionseinheiten
Im ersten Quartal 2025 wurden sechs ESS-Systeme mit erweiterter Produktionsreichweite an kommerziellen Standorten in den Vereinigten Staaten eingesetzt. Injet HanCang sammelte neun Monate lang Leistungsdaten dieser Einheiten. Der kombinierte Datensatz umfasst 54.000 Betriebsstunden. Die durchschnittliche Systemverfügbarkeit betrug neunundneunzig Komma zwei Prozent. Die häufigste Ursache für Ausfallzeiten war die geplante Generatorwartung. Die ungeplante Ausfallzeit betrug im Neunmonatszeitraum durchschnittlich acht Stunden pro System. Die durchschnittliche Anzahl der Generatorstarts pro System betrug einhundertzwanzig. Die durchschnittliche Laufdauer betrug zwei Stunden. Der durchschnittliche Ladezustand der Batterie beim Start des Generators betrug 31 Prozent. Der durchschnittliche Ladezustand bei Generatorstopp betrug neunundsechzig Prozent. Die durchschnittliche Verschlechterung der Batteriekapazität aller sechs Systeme betrug null Komma acht Prozent. Das System mit den höchsten Zyklen wies eine Verschlechterung von 1,4 Prozent auf. Das System mit den geringsten Zyklen wies eine Verschlechterung von null Komma drei Prozent auf.
Wärmeleistung unter extremen Bedingungen
Zwei der sechs Produktionsanlagen liegen in Regionen mit extremen Sommertemperaturen. In einem System in Arizona herrschten Umgebungstemperaturen von 45 Grad Celsius. Das andere System in Texas hatte 42 Grad Celsius. Injet HanCang analysierte in der heißesten Woche des Jahres thermische Daten beider Systeme. Das Arizona-System hielt die Temperatur der Batteriezellen zwischen 30 und 38 Grad Celsius. Das Kühlsystem verbrauchte durchschnittlich fünf Komma zwei Kilowatt, was zwei Komma sechs Prozent des durchschnittlichen Systemdurchsatzes entspricht. Das texanische System hielt die Temperatur der Batteriezellen zwischen 28 und 36 Grad. Das Kühlsystem verbrauchte durchschnittlich vier acht Kilowatt. Die Temperaturen im Generatorraum erreichten an beiden Standorten ein Maximum von 58 Grad, was innerhalb der Betriebsspezifikation von 65 Grad liegt. An beiden Standorten kam es zu keinen temperaturbedingten Abschaltungen.
Wartungsdaten und Serviceintervalle
Wartungsaufzeichnungen der sechs Produktionssysteme liefern Daten über den tatsächlichen Servicebedarf. Der Generator erfordert alle fünfhundert Betriebsstunden einen Ölwechsel. Die durchschnittliche Betriebszeit der Generatoren in den sechs Systemen betrug zweihundertvierzig Stunden über einen Zeitraum von neun Monaten, was bedeutet, dass jedes System in diesem Zeitraum etwa einen Ölwechsel erforderte. Das Batteriekühlsystem erfordert einen Kühlmittelaustausch alle viertausend Stunden oder drei Jahre. Während des Neunmonatszeitraums war kein Kühlmittelaustausch erforderlich. Die Luftfilter für den Generatorraum mussten an staubigen Standorten alle sechs Monate und an sauberen Standorten alle zwölf Monate ausgetauscht werden. Das Arizona-System erforderte zwei Luftfilterwechsel. Das texanische System erforderte eines. Die übrigen Systeme benötigten keine. Die Controller-Software wurde einmalig auf allen Systemen aktualisiert, um einen Fehler bei der Berechnung des Ladezustands zu beheben. Die Gesamtwartungskosten für alle sechs Systeme beliefen sich im Neunmonatszeitraum auf zwölftausend Dollar, was einem Durchschnitt von zweitausend Dollar pro System entspricht.
Leistung des Sicherheits- und Schutzsystems
Jedes ESS-System mit erweiterter Reichweite umfasst mehrere Schutzschichten. Ein hardwarebasierter Überspannungsauslöser trennt die Batterie, wenn die DC-Busspannung eintausendeinhundert Volt überschreitet. Eine Thermosicherung an jedem Batteriemodul öffnet bei neunzig Grad Celsius. Die Überwachung der Abgastemperatur des Generators schaltet das Gerät ab, wenn die Temperatur 600 Grad Celsius überschreitet. Am Lufteinlass des Generators ist eine Flammensperre installiert. Das Batteriefach verfügt über eine Druckentlastungsöffnung und ein System zur Erkennung von thermischem Durchgehen mithilfe von Gassensoren. Während des neunmonatigen Feldzeitraums traten auf keinem der sechs Systeme Schutzereignisse auf. Injet HanCang führte einen kontrollierten Test des Schutzsystems am Prototyp durch. Eine einzelne Zelle wurde mithilfe einer internen Heizung zum thermischen Durchgehen gezwungen. Das System erkannte innerhalb von zwölf Sekunden eine Gasentwicklung und isolierte das betroffene Modul. Es fand keine Ausbreitung auf benachbarte Zellen statt.
Abschluss
Das integrierte ESS-System mit erweiterter Reichweite von Injet HanCang hat in sechs Produktionseinsätzen einen zuverlässigen Betrieb bewiesen. Die Testergebnisse des Prototyps zeigen einen Kraftstoff-Last-Wirkungsgrad von 34 Prozent und eine Reaktionszeit des Generators von acht Sekunden. Feldleistungsdaten aus neun Betriebsmonaten zeigen eine Betriebszeit von neunundneunzig Prozent und eine durchschnittliche Batterieverschlechterung von null Komma acht Prozent. Wärmeleistungsdaten von Standorten mit extremer Hitze bestätigen, dass das Flüssigkeitskühlsystem die Batterietemperaturen innerhalb der Spezifikation hält. Wartungsdaten zeigen durchschnittliche jährliche Kosten von zweitausend Dollar pro System. Sicherheitstests bestätigten die Eindämmung des thermischen Durchgehens innerhalb von zwölf Sekunden. Diese Ergebnisse unterstützen den Einsatz integrierter ESS-Systeme mit erweiterter Reichweite für kommerzielle Anwendungen, die eine längere Laufzeit erfordern.