Com l'equilibri de cèl·lules allarga la vida útil de la bateria LifePo4?

Quan els dispositius necessiten una durada i un alt rendimentPaquet de bateries LifePo4, necessiten equilibrar cada cèl·lula. Per què la bateria LifePo4 necessita equilibrar la bateria? Les bateries LifePo4 estan subjectes a moltes característiques com ara sobretensió, subtensió, sobrecàrrega i corrent de descàrrega, embalatge tèrmic i desequilibri de voltatge de la bateria. Un dels factors més importants és el desequilibri de les cèl·lules, que canvia la tensió de cada cel·la del paquet al llarg del temps, reduint així ràpidament la capacitat de la bateria. Quan el paquet de bateries LifePo4 està dissenyat per utilitzar diverses cel·les en sèrie, és important dissenyar les característiques elèctriques per equilibrar constantment les tensions de les cel·les. Això no només és per al rendiment de la bateria, sinó també per optimitzar el cicle de vida. La necessitat de la doctrina és que l'equilibri de la bateria es produeix abans i després de la construcció de la bateria i s'ha de fer durant tot el cicle de vida de la bateria per mantenir un rendiment òptim de la bateria. L'ús de l'equilibri de bateries ens permet dissenyar bateries amb major capacitat per a aplicacions perquè l'equilibri permet que la bateria assoleixi un estat de càrrega (SOC) més alt. Us podeu imaginar connectant moltes unitats LifePo4 Cell en sèrie com si estiguéssiu un trineu amb molts gossos de trineu. El trineu només es pot tirar amb la màxima eficiència si tots els gossos del trineu corren a la mateixa velocitat. Amb quatre gossos de trineu, si un gos de trineu corre lentament, els altres tres gossos de trineu també han de reduir la seva velocitat, reduint així l'eficiència, i si un gos de trineu corre més ràpid, acabarà arrossegant la càrrega dels altres tres gossos de trineu i fent-se mal a si mateix. Per tant, quan es connecten diverses cel·les LifePo4 en sèrie, els valors de voltatge de totes les cel·les haurien de ser iguals per obtenir una bateria LifePo4 més eficient. La bateria nominal LifePo4 només té una tensió d'uns 3,2 V, però ensistemes d'emmagatzematge d'energia domèstic, fonts d'alimentació portàtils, aplicacions industrials, de telecomunicacions, vehicles elèctrics i microxarxes, necessitem una tensió molt superior a la nominal. En els darrers anys, les bateries recarregables LifePo4 han jugat un paper crític en les bateries d'energia i els sistemes d'emmagatzematge d'energia a causa del seu pes lleuger, alta densitat d'energia, llarga vida, gran capacitat, càrrega ràpida, baixos nivells d'autodescàrrega i respectuós amb el medi ambient. L'equilibri de les cel·les garanteix que la tensió i la capacitat de cada cel·la LifePo4 estiguin al mateix nivell, en cas contrari, l'abast i la vida útil del paquet de bateries LiFePo4 es reduiran considerablement i el rendiment de la bateria es degradarà! Per tant, l'equilibri de les cèl·lules LifePo4 és un dels factors més importants per determinar la qualitat de la bateria. Durant el funcionament, es produirà una petita bretxa de tensió, però podem mantenir-la dins d'un rang acceptable mitjançant l'equilibri de cèl·lules. Durant l'equilibri, les cèl·lules de major capacitat es sotmeten a un cicle complet de càrrega/descàrrega. Sense equilibri cel·lular, la cèl·lula amb la capacitat més lenta és un punt feble. L'equilibri cel·lular és una de les funcions bàsiques del BMS, juntament amb el control de la temperatura, la càrrega i altres funcions que ajuden a maximitzar la vida útil del paquet. Altres motius per a l'equilibri de la bateria: LifePo4 bateria pcak consum incomplet d'energia Absorbir més corrent del que està dissenyat la bateria o curtir-la és més probable que provoqui una fallada prematura de la bateria. Quan un paquet de bateries LifePo4 es descarrega, les cèl·lules més febles es descarregaran més ràpidament que les sanes i assoliran la tensió mínima més ràpidament que altres cèl·lules. Quan una cel·la arriba a la tensió mínima, també es desconnecta tota la bateria de la càrrega. Això provoca una capacitat no utilitzada d'energia de la bateria. Degradació cel·lular Quan una cèl·lula LifePo4 es sobrecarrega fins i tot una mica per sobre del seu valor suggerit, l'eficàcia i el procés de vida de la cèl·lula es redueix. Com a exemple, un augment menor de la tensió de càrrega de 3,2 V a 3,25 V trencarà la bateria més ràpidament en un 30%. Així, si l'equilibri cel·lular no és precís, també una sobrecàrrega menor reduirà la durada de la bateria. Càrrega incompleta d'un paquet de cèl·lules Les bateries LifePo4 es facturen a un corrent continu d'entre 0,5 i també 1,0. La tensió de la bateria LifePo4 augmenta a mesura que la càrrega arriba al màxim quan es factura completament després que això cau. Penseu en tres cèl·lules amb 85 Ah, 86 Ah i 87 Ah respectivament i 100 per cent de SoC, i totes les cèl·lules s'alliberen després i també el seu SoC disminueix. Podeu esbrinar ràpidament que la cel·la 1 acaba sent la primera a quedar-se sense energia donat que té la capacitat més baixa. Quan es posa energia als paquets de cèl·lules, així com el mateix que passa per les cèl·lules, una vegada més, la cel·la 1 es penja durant la càrrega i es pot tenir en compte que està completament carregada, ja que les altres dues cel·les estan completament carregades. Això vol dir que les cèl·lules 1 tenen una eficàcia coulomètrica (CE) reduïda a causa de l'autoescalfament de la cèl·lula que provoca la desigualtat cel·lular. Fuga tèrmica El punt més horrible que pot tenir lloc és la fuga tèrmica. Tal com entenemcèl·lules de litisón molt sensibles a la sobrecàrrega i la sobredescàrrega. En un paquet de 4 cel·les, si una cel·la és de 3,5 V mentre que les altres són de 3,2 V, la càrrega sens dubte facturarà totes les cel·les juntes perquè estan en sèrie i també facturarà la cel·la de 3,5 V a una tensió superior a la recomanada perquè els diferents Altres bateries encara s'han de carregar. Això provoca una fuga tèrmica quan el preu de la generació de calor interior supera la velocitat a la qual es pot alliberar la calor. Això fa que el paquet de bateries LifePo4 no es controli tèrmicament. Quins desencadenants és el desequilibri de les cèl·lules als paquets de bateries? Ara entenem per què és essencial mantenir totes les cèl·lules equilibrades en una bateria. Tanmateix, per abordar el problema de manera adequada, hauríem de saber per què les cèl·lules obtenen un desequilibri de primera mà. Com s'ha dit anteriorment, quan es crea un paquet de bateries col·locant les cel·les en sèrie, s'assegura que totes les cel·les es mantenen en els mateixos nivells de voltatge. Així, una bateria nova sempre tindrà cèl·lules realment equilibrades. No obstant això, a mesura que el paquet s'utilitza, les cèl·lules es desequilibren a causa del compliment dels factors. Discrepància SOC Mesurar el SOC d'una cèl·lula és complicat; per tant, és molt complicat mesurar el SOC de cèl·lules específiques d'una bateria. Un mètode òptim d'harmonització de cèl·lules hauria de coincidir amb les cel·les del mateix SOC en lloc dels mateixos graus de tensió (OCV). Però com que gairebé no és possible que les cel·les només coincideixen en termes de tensió quan es fa un paquet, la variant de SOC pot provocar una modificació de l'OCV en el seu moment. Variant de resistència interior És extremadament difícil trobar cèl·lules de la mateixa resistència interna (IR) i a mesura que la bateria envelleix, l'IR de la cèl·lula també s'altera i, per tant, en una bateria no totes les cel·les tindran el mateix IR. Tal com entenem, l'IR s'afegeix a la insusceptibilitat interna de la cèl·lula que determina la transmissió actual a través d'una cèl·lula. Com que l'IR es varia el corrent a través de la cèl·lula i també la seva tensió també es diferencia. Nivell de temperatura La capacitat de facturació i alliberament de la cèl·lula també depèn de la temperatura que l'envolta. En un paquet de bateries important, com en els vehicles elèctrics o les matrius solars, les cèl·lules es distribueixen per una àrea de residus i pot haver-hi una diferència de temperatura entre el mateix paquet creant una cel·la per carregar-se o descarregar-se més ràpidament que les cèl·lules restants provocant una desigualtat. A partir dels factors anteriors, és evident que no podem evitar que les cèl·lules es desequilibrin durant tot el procediment. Així doncs, l'únic remei és fer ús d'un sistema exterior que requereixi que les cèl·lules es tornin a equilibrar després d'haver-se desequilibrat. Aquest sistema s'anomena sistema d'equilibri de la bateria. Com aconseguir l'equilibri de la bateria LiFePo4? Sistema de gestió de bateries (BMS) En general, el paquet de bateries LiFePo4 no pot aconseguir l'equilibri de la bateria per si mateix, es pot aconseguirsistema de gestió de la bateria(BMS). El fabricant de la bateria integrarà la funció d'equilibri de la bateria i altres funcions de protecció, com ara la protecció de sobretensió de càrrega, l'indicador SOC, l'alarma/protecció de sobretemperatura, etc. en aquesta placa BMS. Carregador de bateries Li-ion amb funció d'equilibri També conegut com a "carregador de bateries d'equilibri", el carregador integra una funció d'equilibri per suportar diferents bateries amb diferents recomptes de cordes (per exemple, 1 ~ 6S). Fins i tot si la vostra bateria no té una placa BMS, podeu carregar la vostra bateria d'ió de liti amb aquest carregador de bateria per aconseguir l'equilibri. Junta d'equilibri Quan utilitzeu un carregador de bateria equilibrat, també heu de connectar el carregador i la bateria al tauler d'equilibri seleccionant un endoll específic del tauler d'equilibri. Mòdul de circuit de protecció (PCM) La placa PCM és una placa electrònica que està connectada al paquet de bateries LiFePo4 i la seva funció principal és protegir la bateria i l'usuari del mal funcionament. Per garantir un ús segur, la bateria LiFePo4 ha de funcionar sota paràmetres de tensió molt estrictes. Segons el fabricant i la química de la bateria, aquest paràmetre de tensió varia entre 3,2 V per pila per a bateries descarregades i 3,65 V per pila per a bateries recarregables. la placa PCM controla aquests paràmetres de tensió i desconnecta la bateria de la càrrega o del carregador si es superen. En el cas d'una sola bateria LiFePo4 o de diverses bateries LiFePo4 connectades en paral·lel, això s'aconsegueix fàcilment perquè la placa PCM controla els voltatges individuals. Tanmateix, quan es connecten diverses bateries en sèrie, la placa PCM ha de controlar la tensió de cada bateria. Tipus d'equilibri de la bateria S'han desenvolupat diversos algorismes d'equilibri de la bateria per a la bateria LiFePo4. Es divideix en mètodes d'equilibri de bateria passius i actius basats en la tensió de la bateria i el SOC. Equilibri passiu de la bateria La tècnica d'equilibri passiu de la bateria separa l'excés de càrrega d'una bateria LiFePo4 totalment energitzada a través d'elements resistius i proporciona a totes les cèl·lules una càrrega similar a la càrrega més baixa de la bateria LiFePo4. Aquesta tècnica és més fiable i utilitza menys components, reduint així el cost global del sistema. Tanmateix, la tecnologia redueix l'eficiència del sistema ja que l'energia es dissipa en forma de calor que genera pèrdues d'energia. Per tant, aquesta tecnologia és adequada per a aplicacions de baixa potència. Equilibri actiu de la bateria L'equilibri actiu de càrrega és una solució als reptes associats a les bateries LiFePo4. La tècnica d'equilibri de cèl·lules activa descarrega la càrrega de la bateria LiFePo4 d'energia més alta i la transfereix a la bateria LiFePo4 de menor energia. En comparació amb la tecnologia d'equilibri de cèl·lules passives, aquesta tècnica estalvia energia al mòdul de bateria LiFePo4, augmentant així l'eficiència del sistema i requereix menys temps per equilibrar les cèl·lules de la bateria LiFePo4, permetent corrents de càrrega més elevats. Fins i tot quan el paquet de bateries LiFePo4 està en repòs, fins i tot les bateries LiFePo4 perfectament combinades perden càrrega a diferents ritmes perquè la velocitat d'autodescàrrega varia en funció del gradient de temperatura: un augment de 10 °C de la temperatura de la bateria ja duplica la velocitat d'autodescàrrega. . Tanmateix, l'equilibri actiu de càrrega pot restaurar les cèl·lules a l'equilibri, fins i tot si estan en repòs. Tanmateix, aquesta tècnica té circuits complexos, la qual cosa augmenta el cost global del sistema. Per tant, l'equilibri actiu de cèl·lules és adequat per a aplicacions d'alta potència. Hi ha diverses topologies de circuits d'equilibri actiu classificades segons els components d'emmagatzematge d'energia, com ara condensadors, inductors/transformadors i convertidors electrònics. En general, el sistema actiu de gestió de la bateria redueix el cost global del paquet de bateries LiFePo4 perquè no requereix un sobredimensionament de les cèl·lules per compensar la dispersió i l'envelliment desigual entre les bateries LiFePo4. La gestió activa de la bateria esdevé crítica quan les cèl·lules antigues es substitueixen per cèl·lules noves i hi ha una variació significativa dins del paquet de bateries LiFePo4. Atès que els sistemes actius de gestió de bateries permeten instal·lar cèl·lules amb grans variacions de paràmetres als paquets de bateries LiFePo4, els rendiments de producció augmenten mentre que els costos de garantia i manteniment disminueixen. Per tant, els sistemes actius de gestió de la bateria beneficien el rendiment, la fiabilitat i la seguretat de la bateria, alhora que ajuden a reduir costos. Resumir Per tal de minimitzar els efectes de la deriva de voltatge cel·lular, els desequilibris s'han de moderar adequadament. L'objectiu de qualsevol solució d'equilibri és permetre que el paquet de bateries LiFePo4 funcioni al nivell de rendiment previst i ampliar la seva capacitat disponible. L'equilibri de la bateria no només és important per millorar el rendiment icicle de vida de les bateries, també afegeix un factor de seguretat al paquet de bateries LiFePo4. Una de les tecnologies emergents per millorar la seguretat de la bateria i allargar la vida útil de la bateria. Com que la nova tecnologia d'equilibri de la bateria fa un seguiment de la quantitat d'equilibri necessari per a les cèl·lules LiFePo4 individuals, allarga la vida útil del paquet de bateries LiFePo4 i millora la seguretat general de la bateria.