Kako balansiranje ćelija produžava životni vijekPo4 baterije?

Kada je uređajima potreban dugotrajan, visokih performansiLifePo4 baterija, oni trebaju balansirati svaku ćeliju. Zašto je LifePo4 bateriji potrebno balansiranje baterije? LifePo4 baterije su podložne mnogim karakteristikama kao što su prenapon, podnapon, struja prepunjavanja i pražnjenja, termički odjek i neravnoteža napona baterije. Jedan od najvažnijih faktora je neravnoteža ćelija, koja vremenom mijenja napon svake ćelije u paketu, čime se brzo smanjuje kapacitet baterije. Kada je LifePo4 baterija dizajnirana da koristi više ćelija u seriji, važno je dizajnirati električne karakteristike kako bi se dosljedno balansirali naponi ćelija. Ovo nije samo za performanse baterije, već i za optimizaciju životnog ciklusa. Potreba za doktrinom je da se balansiranje baterije dešava prije i nakon što je baterija napravljena i da se mora raditi tokom životnog ciklusa baterije kako bi se održale optimalne performanse baterije! Upotreba balansiranja baterija omogućava nam da dizajniramo baterije većeg kapaciteta za aplikacije jer balansiranje omogućava bateriji da postigne više stanje napunjenosti (SOC). Možete zamisliti povezivanje mnogih LifePo4 Cell jedinica u seriju kao da vučete sanke s mnogo pasa za saonice. Saonice se mogu vući samo s maksimalnom efikasnošću ako svi psi trče istom brzinom. Kod četiri zaprežna psa, ako jedan pas sa zapregom trči sporo, onda i ostala tri psa saonice također moraju smanjiti brzinu, čime se smanjuje efikasnost, a ako jedan pas trči brže, na kraju će povući teret ostala tri psa saonice i povređuje sebe. Stoga, kada je više LifePo4 ćelija povezano u seriju, vrijednosti napona svih ćelija trebaju biti jednake kako bi se dobio efikasniji LifePo4 baterijski paket. Nominalna LifePo4 baterija je ocijenjena na samo oko 3,2 V, ali inkućni sistemi za skladištenje energije, prijenosna napajanja, industrijske, telekomunikacione, električna vozila i mikromrežne aplikacije, potreban nam je mnogo veći napon od nominalnog. Posljednjih godina punjive LifePo4 baterije su imale ključnu ulogu u energetskim baterijama i sistemima za pohranu energije zbog svoje male težine, velike gustine energije, dugog vijeka trajanja, velikog kapaciteta, brzog punjenja, niskog nivoa samopražnjenja i ekološke prihvatljivosti. Balansiranje ćelija osigurava da napon i kapacitet svake LifePo4 ćelije budu na istom nivou, inače će domet i životni vijek LiFePo4 baterijskog paketa biti znatno smanjen, a performanse baterije će biti degradirane! Stoga je balans LifePo4 ćelija jedan od najvažnijih faktora u određivanju kvaliteta baterije. Tokom rada, doći će do malog naponskog jaza, ali ga možemo zadržati u prihvatljivom rasponu pomoću balansiranja ćelija. Tokom balansiranja, ćelije većeg kapaciteta prolaze kroz puni ciklus punjenja/pražnjenja. Bez balansiranja ćelija, ćelija sa najsporijim kapacitetom je slaba tačka. Balansiranje ćelija jedna je od osnovnih funkcija BMS-a, zajedno s praćenjem temperature, punjenjem i drugim funkcijama koje pomažu maksimizirati vijek trajanja pakovanja. Ostali razlozi za balansiranje baterije: LifePo4 baterija pcak nepotpuna potrošnja energije Apsorbiranje veće struje nego što je baterija predviđena ili kratki spoj na bateriji najvjerovatnije će uzrokovati prijevremeni kvar baterije. Kada se LifePo4 baterija prazni, slabije ćelije će se prazniti brže od zdravih ćelija i dostići će minimalni napon brže od drugih ćelija. Kada ćelija dostigne minimalni napon, cijeli paket baterija se također odvaja od opterećenja. To rezultira neiskorištenim kapacitetom energije baterije. Degradacija ćelije Kada se LifePo4 ćelija prepuni čak i malo iznad svoje preporučene vrijednosti, efikasnost i životni proces ćelije se smanjuje. Na primjer, manji porast napona punjenja sa 3,2V na 3,25V će pokvariti bateriju brže za 30%. Dakle, ako balansiranje ćelija nije tačno, manje prekomjerno punjenje će smanjiti vijek trajanja baterije. Nepotpuno punjenje paketa ćelija LifePo4 baterije se naplaćuju uz stalnu struju između 0,5 i 1,0. Napon LifePo4 baterije raste kako punjenje nastavlja da dođe do vrhunca kada se potpuno naplati, a nakon toga opada. Razmislite o tri ćelije sa 85 Ah, 86 Ah, odnosno 87 Ah i 100 posto SoC-a, a sve ćelije se nakon toga oslobađaju i njihov SoC se smanjuje. Brzo možete saznati da će ćelija 1 prva ostati bez energije s obzirom na to da ima najmanju sposobnost. Kada se napajanje stavi na pakete ćelija, kao i da ista postojeća teče kroz ćelije, ponovo, ćelija 1 visi nazad tokom punjenja i može se uzeti u obzir da je potpuno napunjena jer su različite druge dve ćelije potpuno napunjene. To znači da ćelije 1 imaju smanjenu kulometrijsku efikasnost (CE) zbog samozagrijavanja ćelije što rezultira nejednakošću ćelija. Thermal Runaway Najstrašnija stvar koja se može dogoditi je termalni bijeg. Kako razumemolitijumske ćelijevrlo su osjetljivi na prepunjavanje kao i na prekomjerno pražnjenje. U paketu od 4 ćelije, ako je jedna ćelija 3,5 V, dok su druge druge 3,2 V, punjenje će sigurno naplatiti sve ćelije zajedno jer su u seriji, a također će naplatiti ćeliju od 3,5 V na napon veći od preporučenog jer različiti druge baterije se i dalje trebaju puniti. Ovo dovodi do termičkog bijega kada cijena unutrašnjeg stvaranja topline premašuje brzinu kojom se toplina može osloboditi. To uzrokuje da LifePo4 baterija postane termički nekontrolisana. Šta pokreće debalans ćelije u baterijama? Sada razumijemo zašto je održavanje ravnoteže svih ćelija u baterijskom paketu bitno. Ipak, da bismo pravilno riješili problem, trebali bismo znati zašto ćelije postaju neuravnotežene iz prve ruke. Kao što je ranije rečeno, kada se kreira baterijski paket postavljanjem ćelija u seriju, osigurava se da sve ćelije ostanu na istom nivou napona. Dakle, nova baterija će uvijek imati stvarno izbalansirane ćelije. Ipak, kako se paket stavi u upotrebu, ćelije izlaze iz ravnoteže zbog usklađenosti sa faktorima. SOC Discrepancy Mjerenje SOC ćelije je komplikovano; stoga je vrlo zamršeno izmjeriti SOC određenih ćelija u bateriji. Optimalna metoda harmonizacije ćelija trebala bi odgovarati ćelijama istog SOC-a umjesto potpuno istog stupnja napona (OCV). Ali pošto je skoro nemoguće da se ćelije uparuju samo po naponskim uslovima kada se pravi paket, varijanta u SOC-u može dovesti do modifikacije u OCV-u u dogledno vreme. Varijanta unutrašnjeg otpora Izuzetno je teško pronaći ćelije istog unutrašnjeg otpora (IR) i kako baterija stari, IR ćelije se dodatno mijenja, kao i stoga u baterijskom paketu neće sve ćelije imati isti IR. Kao što razumijemo, IR doprinosi unutrašnjoj neosjetljivosti ćelije koja određuje struju koja struji kroz ćeliju. Budući da se IR mijenja, struja kroz ćeliju i njen napon također postaju različiti. Nivo temperature Sposobnost naplate i otpuštanja ćelije takođe zavisi od temperature oko nje. U značajnom baterijskom paketu kao što su EV ili solarni nizovi, ćelije su raspoređene po otpadnoj površini i može postojati temperaturna razlika između samog paketa stvarajući jednu ćeliju koja se puni ili prazni brže od preostalih ćelija, što uzrokuje nejednakost. Iz gore navedenih faktora jasno je da ne možemo spriječiti da se ćelije neuravnoteže tokom cijelog postupka. Dakle, jedini lijek je korištenje vanjskog sistema koji zahtijeva da se ćelije ponovo izbalansiraju nakon što postanu neuravnotežene. Ovaj sistem se zove sistem za balansiranje baterije. Kako postići balans LiFePo4 baterija? Sistem upravljanja baterijom (BMS) Općenito, LiFePo4 baterija ne može sama postići balansiranje baterije, to se može postići pomoćusistem upravljanja baterijama(BMS). Proizvođač baterije će integrirati funkciju balansiranja baterije i druge zaštitne funkcije kao što su zaštita od prenapona punjenja, indikator SOC, alarm/zaštita od previsoke temperature, itd. na ovoj BMS ploči. Li-ion punjač baterija sa funkcijom balansiranja Također poznat kao „punjač balansnih baterija“, punjač integrira funkciju balansa za podršku različitih baterija s različitim brojem žica (npr. 1~6S). Čak i ako vaša baterija nema BMS ploču, možete napuniti Li-ion bateriju ovim punjačem za postizanje balansa. Balancing Board Kada koristite balansirani punjač baterije, također morate povezati punjač i bateriju na ploču za balansiranje odabirom određene utičnice na ploči za balansiranje. Modul zaštitnog kruga (PCM) PCM ploča je elektronska ploča koja je povezana sa LiFePo4 baterijom i njena glavna funkcija je da zaštiti bateriju i korisnika od kvara. Da bi se osigurala sigurna upotreba, LiFePo4 baterija mora raditi pod vrlo strogim parametrima napona. Ovisno o proizvođaču baterije i hemiji, ovaj parametar napona varira između 3,2 V po ćeliji za ispražnjene baterije i 3,65 V po ćeliji za punjive baterije. PCM ploča prati ove parametre napona i odspaja bateriju od opterećenja ili punjača ako su prekoračeni. U slučaju jedne LiFePo4 baterije ili više LiFePo4 baterija povezanih paralelno, to se lako postiže jer PCM ploča prati pojedinačne napone. Međutim, kada je više baterija spojeno u seriju, PCM ploča mora pratiti napon svake baterije. Vrste balansiranja baterije Za LiFePo4 baterijski paket razvijeni su različiti algoritmi za balansiranje baterija. Podijeljen je na pasivne i aktivne metode balansiranja baterije zasnovane na naponu baterije i SOC-u. Pasivno balansiranje baterije Tehnika pasivnog balansiranja baterije odvaja višak napunjenosti od potpuno napunjene LiFePo4 baterije kroz otporne elemente i daje svim ćelijama slično punjenje kao i najniže punjenje LiFePo4 baterije. Ova tehnika je pouzdanija i koristi manje komponenti, čime se smanjuje ukupni trošak sistema. Međutim, tehnologija smanjuje efikasnost sistema jer se energija rasipa u obliku toplote koja stvara gubitak energije. Stoga je ova tehnologija pogodna za aplikacije male snage. Aktivno balansiranje baterije Aktivno balansiranje punjenja je rješenje za izazove povezane s LiFePo4 baterijama. Tehnika aktivnog balansiranja ćelija isprazni punjenje iz LiFePo4 baterije veće energije i prenosi ga na LiFePo4 bateriju niže energije. U poređenju sa tehnologijom pasivnog balansiranja ćelija, ova tehnika štedi energiju u LiFePo4 baterijskom modulu, čime se povećava efikasnost sistema i zahteva manje vremena za balansiranje između ćelija LiFePo4 baterijskog paketa, omogućavajući veće struje punjenja. Čak i kada je LiFePo4 baterija u mirovanju, čak i savršeno usklađene LiFePo4 baterije gube napunjenost različitim brzinama jer brzina samopražnjenja varira ovisno o temperaturnom gradijentu: povećanje temperature baterije za 10°C već udvostručuje brzinu samopražnjenja . Međutim, aktivno balansiranje naboja može vratiti ćelije u ravnotežu, čak i ako miruju. Međutim, ova tehnika ima složeno kolo, što povećava ukupne troškove sistema. Stoga je aktivno balansiranje ćelija pogodno za aplikacije velike snage. Postoje različite topologije aktivnih balansnih kola klasifikovane prema komponentama za skladištenje energije, kao što su kondenzatori, induktori/transformatori i elektronski pretvarači. Sve u svemu, aktivni sistem upravljanja baterijama smanjuje ukupnu cijenu LiFePo4 baterijskog paketa jer ne zahtijeva preveliku veličinu ćelija kako bi se kompenzirala disperzija i neravnomjerno starenje među LiFePo4 baterijama. Aktivno upravljanje baterijama postaje kritično kada se stare ćelije zamjenjuju novim ćelijama i postoje značajne varijacije unutar LiFePo4 baterijskog paketa. Budući da sistemi aktivnog upravljanja baterijama omogućavaju ugradnju ćelija sa velikim varijacijama parametara u LiFePo4 baterijske pakete, proizvodni prinosi se povećavaju dok se troškovi garancije i održavanja smanjuju. Stoga, aktivni sistemi za upravljanje baterijama doprinose performansama, pouzdanosti i sigurnosti baterijskog paketa, dok istovremeno pomažu u smanjenju troškova. Rezimiraj Da bi se minimizirali efekti drifta napona ćelije, neravnoteže se moraju pravilno ublažiti. Cilj svakog rješenja za balansiranje je omogućiti LiFePo4 baterijskom paketu da radi na predviđenom nivou performansi i da proširi svoj raspoloživi kapacitet. Balansiranje baterije nije važno samo za poboljšanje performansi iživotni ciklus baterija, također dodaje sigurnosni faktor LiFePo4battery packu. Jedna od novih tehnologija za poboljšanje sigurnosti baterije i produženje vijeka trajanja baterije. Kako nova tehnologija balansiranja baterija prati količinu balansiranja koja je potrebna za pojedinačne LiFePo4 ćelije, ona produžava životni vijek LiFePo4 baterijskog paketa i poboljšava ukupnu sigurnost baterije.