Как балансирането на клетките удължава живота на батерията LifePo4？

Когато устройствата се нуждаят от дълготрайна, висока производителностLifePo4 батерия, те трябва да балансират всяка клетка. Защо батерията LifePo4 се нуждае от балансиране на батерията？ Батериите LifePo4 са подложени на много характеристики като пренапрежение, ниско напрежение, ток на презареждане и разреждане, термично бягане и дисбаланс на напрежението на батерията. Един от най-важните фактори е дисбалансът на клетките, който променя напрежението на всяка клетка в пакета с течение на времето, като по този начин бързо намалява капацитета на батерията. Когато батерията LifePo4 е проектирана да използва множество клетки последователно, е важно да се проектират електрическите характеристики, за да се балансират постоянно напреженията на клетките. Това е не само за производителността на батерията, но и за оптимизиране на жизнения цикъл. Необходимостта от доктрина е, че балансирането на батерията се извършва преди и след изграждането на батерията и трябва да се извършва през целия жизнен цикъл на батерията, за да се поддържа оптимална производителност на батерията! Използването на балансиране на батерията ни позволява да проектираме батерии с по-висок капацитет за приложения, тъй като балансирането позволява на батерията да постигне по-високо ниво на зареждане (SOC). Можете да си представите свързването на много модули LifePo4 Cell последователно, сякаш теглите шейна с много кучета за впряг. Шейната може да бъде теглена с максимална ефективност само ако всички кучета за впряг се движат с еднаква скорост. При четири впрегатни кучета, ако едно впряжно куче тича бавно, тогава другите три впрегатни кучета също трябва да намалят скоростта си, като по този начин намаляват ефективността, а ако едно впряжно куче тича по-бързо, то ще накрая дърпа товара на другите три впрегатни кучета и самонаранявайки се. Следователно, когато няколко клетки LifePo4 са свързани последователно, стойностите на напрежението на всички клетки трябва да са равни, за да се получи по-ефективен пакет батерии LifePo4. Номиналната батерия LifePo4 е оценена само на около 3,2 V, но вдомашни системи за съхранение на енергия, преносими захранващи устройства, промишлени, телекомуникационни, електрически превозни средства и микромрежови приложения, имаме нужда от много по-високо напрежение от номиналното. През последните години акумулаторните батерии LifePo4 изиграха критична роля в захранващите батерии и системите за съхранение на енергия поради тяхното леко тегло, висока енергийна плътност, дълъг живот, голям капацитет, бързо зареждане, ниски нива на саморазреждане и екологичност. Балансирането на клетките гарантира, че напрежението и капацитетът на всяка клетка LifePo4 са на едно и също ниво, в противен случай обхватът и животът на батерията LiFePo4 ще бъдат значително намалени и производителността на батерията ще бъде влошена! Следователно балансът на клетките LifePo4 е един от най-важните фактори при определяне на качеството на батерията. По време на работа ще възникне малка разлика в напрежението, но ние можем да го поддържаме в приемлив диапазон чрез балансиране на клетката. По време на балансирането клетките с по-висок капацитет преминават през пълен цикъл на зареждане/разреждане. Без балансиране на клетката клетката с най-бавен капацитет е слабо място. Балансирането на клетките е една от основните функции на BMS, заедно с наблюдението на температурата, зареждането и други функции, които помагат за максимизиране на живота на опаковката. Други причини за балансиране на батерията: LifePo4 батерия pcak непълно използване на енергия Поглъщането на повече ток, отколкото е предвидено за батерията, или прекъсването на батерията на късо е най-вероятно да причини преждевременна повреда на батерията. Когато батерията LifePo4 се разрежда, по-слабите клетки ще се разреждат по-бързо от здравите клетки и ще достигнат минимално напрежение по-бързо от другите клетки. Когато една клетка достигне минимално напрежение, цялата батерия също се изключва от товара. Това води до неизползван капацитет от енергия на батерията. Клетъчно разграждане Когато клетка LifePo4 е презаредена дори малко над препоръчителната стойност, ефективността и жизненият процес на клетката се намаляват. Като пример, леко увеличение на напрежението на зареждане от 3,2 V до 3,25 V ще разруши батерията по-бързо с 30%. Така че, ако балансирането на клетките не е точно, също и незначително презареждане ще намали живота на батерията. Непълно зареждане на клетъчен пакет Батериите LifePo4 се таксуват при непрекъснат ток между 0,5 и също 1,0 ставки. Напрежението на батерията LifePo4 се повишава, докато зареждането продължава, за да стигне до върха, когато се таксува напълно, след което впоследствие пада. Помислете за три клетки със съответно 85 Ah, 86 Ah и 87 Ah и 100 процента SoC, след което всички клетки се освобождават и също така техният SoC намалява. Можете бързо да разберете, че клетка 1 в крайна сметка е първата, която изчерпва енергията си, като се има предвид, че има най-ниска способност. Когато захранването се подаде към клетъчните пакети, както и същото съществуващо тече през клетките, отново клетка 1 остава обратно по време на зареждане и може да се счита за напълно заредена, тъй като другите две клетки са напълно заредени. Това означава, че клетки 1 имат намалена кулонометрична ефективност (CE) поради самонагряването на клетката, което води до неравенство на клетките. Thermal Runaway Най-ужасната точка, която може да се случи, е термично бягство. Както разбирамелитиеви клеткиса много чувствителни към презареждане, както и към презареждане. В пакет от 4 клетки, ако една клетка е 3,5 V, докато различните други са 3,2 V, зарядът със сигурност ще таксува всички клетки заедно, тъй като те са в серия, а също така ще таксува клетката от 3,5 V до по-високо от препоръчаното напрежение, тъй като различните други батерии все още се нуждаят от зареждане. Това води до термично изпускане, когато цената на вътрешното генериране на топлина надвишава скоростта, с която топлата може да бъде освободена. Това кара пакета батерии LifePo4 да стане термично неконтролиран. Какво задейства дисбалансирането на клетките в батериите? Сега разбираме защо поддържането на баланс на всички клетки в един батериен пакет е от съществено значение. И все пак, за да се справим с проблема по подходящ начин, трябва да знаем защо клетките получават дисбаланс от първа ръка. Както беше казано по-рано, когато се създава батериен пакет чрез поставяне на клетките последователно, се гарантира, че всички клетки остават в същите нива на напрежение. Така че новият пакет батерии винаги ще има действително балансирани клетки. И все пак, когато опаковката се използва, клетките излизат от баланс поради съобразени фактори. SOC несъответствие Измерването на SOC на клетка е сложно; следователно е много сложно да се измери SOC на конкретни клетки в батерия. Оптималният метод за хармонизиране на клетките трябва да съвпада с клетките от същия SOC вместо точно същите степени на напрежение (OCV). Но тъй като почти не е възможно клетките да се съпоставят само по отношение на напрежението, когато се прави пакет, вариантът в SOC може да доведе до модификация в OCV своевременно. Вариант за вътрешно съпротивление Изключително трудно е да се намерят клетки с еднакво вътрешно съпротивление (IR) и с напредването на възрастта на батерията, IR на клетката допълнително се променя, както и следователно в един батериен пакет не всички клетки ще имат еднакъв IR. Както разбираме, IR добавя към вътрешната неподатливост на клетката, което определя тока, протичащ през клетката. Тъй като IR се променя, токът през клетката и нейното напрежение също стават различни. Температурно ниво Способността за таксуване и освобождаване на клетката също зависи от температурата около нея. В голям пакет батерии, като например в електромобили или слънчеви масиви, клетките са разпределени в зона за отпадъци и може да има разлика в температурата между самия пакет, създавайки една клетка, която да се зарежда или разрежда по-бързо от останалите клетки, причинявайки неравенство. От горните фактори става ясно, че не можем да предотвратим дисбаланс на клетките по време на процедурата. Така че единственото лекарство е да се използва външна система, която изисква клетките да се балансират отново, след като станат дисбалансирани. Тази система се нарича система за балансиране на батерията. Как да постигнем баланс на пакета батерии LiFePo4? Система за управление на батерията (BMS) Като цяло батерията LiFePo4 не може да постигне балансиране на батерията сама по себе си, може да се постигне чрезсистема за управление на батерията(BMS). Производителят на батерията ще интегрира функцията за балансиране на батерията и други функции за защита, като защита от пренапрежение на зареждане, SOC индикатор, аларма/защита над температурата и т.н. на тази BMS платка. Зарядно за литиево-йонна батерия с функция за балансиране Известно също като „зарядно за батерии с баланс“, зарядното устройство интегрира функция за баланс, за да поддържа различни батерии с различен брой низове (напр. 1~6S). Дори ако батерията ви няма BMS платка, можете да заредите своята литиево-йонна батерия с това зарядно устройство за батерии, за да постигнете балансиране. Балансираща дъска Когато използвате балансирано зарядно устройство за батерии, трябва също да свържете зарядното устройство и вашата батерия към балансиращата платка, като изберете конкретен контакт от балансиращата платка. Модул за защитна верига (PCM) PCM платката е електронна платка, която е свързана към LiFePo4 батерията и нейната основна функция е да предпазва батерията и потребителя от неизправност. За да се осигури безопасна употреба, батерията LiFePo4 трябва да работи при много строги параметри на напрежението. В зависимост от производителя на батерията и химията, този параметър на напрежението варира между 3,2 V на клетка за разредени батерии и 3,65 V на клетка за акумулаторни батерии. PCM платката следи тези параметри на напрежението и изключва батерията от товара или зарядното устройство, ако те бъдат превишени. В случай на една LiFePo4 батерия или множество LiFePo4 батерии, свързани паралелно, това се постига лесно, тъй като PCM платката следи отделните напрежения. Въпреки това, когато няколко батерии са свързани последователно, PCM платката трябва да следи напрежението на всяка батерия. Видове балансиране на батерията Разработени са различни алгоритми за балансиране на батерията за LiFePo4 батерия. Той е разделен на пасивни и активни методи за балансиране на батерията, базирани на напрежението на батерията и SOC. Пасивно балансиране на батерията Техниката за пасивно балансиране на батерията отделя излишния заряд от напълно заредена LiFePo4 батерия чрез резистивни елементи и дава на всички клетки заряд, подобен на най-ниския заряд на LiFePo4 батерията. Тази техника е по-надеждна и използва по-малко компоненти, като по този начин намалява общата цена на системата. Технологията обаче намалява ефективността на системата, тъй като енергията се разсейва под формата на топлина, която генерира загуба на енергия. Следователно тази технология е подходяща за приложения с ниска мощност. Активен баланс на батерията Активното балансиране на заряда е решение на предизвикателствата, свързани с LiFePo4 батериите. Техниката за активно балансиране на клетките освобождава заряда от батерията LiFePo4 с по-висока енергия и го прехвърля към батерията LiFePo4 с по-ниска енергия. В сравнение с технологията за пасивно балансиране на клетките, тази техника спестява енергия в LiFePo4 батерийния модул, като по този начин повишава ефективността на системата и изисква по-малко време за балансиране между LiFePo4 батерийните клетки, което позволява по-високи токове на зареждане. Дори когато батерията LiFePo4 е в покой, дори идеално съвпадащите LiFePo4 батерии губят заряд с различна скорост, тъй като скоростта на саморазреждане варира в зависимост от температурния градиент: 10°C увеличение на температурата на батерията вече удвоява скоростта на саморазреждане . Активното балансиране на заряда обаче може да възстанови клетките до равновесие, дори ако са в покой. Тази техника обаче има сложна схема, което увеличава общата цена на системата. Следователно активното балансиране на клетките е подходящо за приложения с висока мощност. Има различни топологии на активни балансиращи вериги, класифицирани според компонентите за съхранение на енергия, като кондензатори, индуктори/трансформатори и електронни преобразуватели. Като цяло, системата за активно управление на батерията намалява общата цена на пакета батерии LiFePo4, тъй като не изисква големи размери на клетките, за да компенсира дисперсията и неравномерното стареене между батериите LiFePo4. Активното управление на батерията става критично, когато старите клетки се заменят с нови и има значителна вариация в LiFePo4 батерията. Тъй като системите за активно управление на батерията позволяват инсталирането на клетки с големи вариации на параметрите в LiFePo4 батерийни пакети, производствените добиви се увеличават, докато разходите за гаранция и поддръжка намаляват. Следователно системите за активно управление на батериите облагодетелстват производителността, надеждността и безопасността на батерийния пакет, като същевременно помагат за намаляване на разходите. Обобщете За да се сведат до минимум ефектите от дрейфа на клетъчното напрежение, дисбалансите трябва да бъдат правилно модерирани. Целта на всяко решение за балансиране е да позволи на батерията LiFePo4 да работи на предвиденото ниво на производителност и да разшири наличния си капацитет. Балансирането на батерията е важно не само за подобряване на производителността ижизнения цикъл на батериите, той също така добавя фактор на безопасност към LiFePo4батерийния пакет. Една от нововъзникващите технологии за подобряване на безопасността на батерията и удължаване на живота на батерията. Тъй като новата технология за балансиране на батерията проследява количеството балансиране, необходимо за отделните LiFePo4 клетки, тя удължава живота на батерията LiFePo4 и подобрява цялостната безопасност на батерията.