Jak Cell Balancing prodlužuje životnost baterie LifePo4?

Když zařízení potřebují dlouhou životnost a vysoký výkonBaterie LifePo4, potřebují vyvážit každou buňku. Proč baterie LifePo4 potřebuje vyvážení baterie? Baterie LifePo4 podléhají mnoha charakteristikám, jako je přepětí, podpětí, přebíjecí a vybíjecí proud, tepelný únik a nevyváženost napětí baterie. Jedním z nejdůležitějších faktorů je nerovnováha článků, která v průběhu času mění napětí každého článku v sadě, čímž se rapidně snižuje kapacita baterie. Když je baterie LifePo4 navržena tak, aby používala více článků v sérii, je důležité navrhnout elektrické charakteristiky pro konzistentní vyvážení napětí článků. Nejde jen o výkon baterie, ale také o optimalizaci životního cyklu. Potřeba doktríny je, že k vyvažování baterie dochází před a po sestavení baterie a musí být prováděno po celou dobu životního cyklu baterie, aby byl zachován optimální výkon baterie! Použití vyvažování baterií nám umožňuje navrhovat baterie s vyšší kapacitou pro aplikace, protože vyvažování umožňuje baterii dosáhnout vyššího stavu nabití (SOC). Můžete si představit zapojení mnoha jednotek LifePo4 Cell do série, jako byste táhli saně s mnoha saňovými psy. Sáně lze táhnout s maximální účinností pouze tehdy, když všichni psi spřežení běží stejnou rychlostí. U čtyř saňových psů platí, že pokud jeden saňový pes běží pomalu, pak ostatní tři sáňkovaní psi musí také snížit svou rychlost, čímž se sníží efektivita, a pokud jeden saňový pes běží rychleji, skončí to taháním nákladu dalších tří saňových psů a ubližovat sobě. Pokud je tedy více článků LifePo4 zapojeno do série, hodnoty napětí všech článků by měly být stejné, aby bylo možné získat účinnější baterii LifePo4. Nominální baterie LifePo4 je dimenzována pouze na přibližně 3,2 V, ale indomácí systémy skladování energie, přenosné napájecí zdroje, průmyslové aplikace, telekomunikace, elektrická vozidla a mikrosíťové aplikace, potřebujeme mnohem vyšší než jmenovité napětí. V posledních letech hrají dobíjecí baterie LifePo4 klíčovou roli v napájecích bateriích a systémech skladování energie díky své nízké hmotnosti, vysoké hustotě energie, dlouhé životnosti, vysoké kapacitě, rychlému nabíjení, nízké úrovni samovybíjení a šetrnosti k životnímu prostředí. Vyvážení článků zajišťuje, že napětí a kapacita každého článku LifePo4 jsou na stejné úrovni, jinak se výrazně sníží dosah a životnost baterie LiFePo4 a výkon baterie se sníží! Proto je vyvážení článků LifePo4 jedním z nejdůležitějších faktorů při určování kvality baterie. Během provozu se objeví malá napěťová mezera, ale můžeme ji udržet v přijatelném rozsahu pomocí vyvážení článků. Během vyvažování procházejí články s vyšší kapacitou úplného nabití/vybití. Bez vyvažování buněk je článek s nejpomalejší kapacitou slabým místem. Vyvažování článků je jednou ze základních funkcí BMS spolu s monitorováním teploty, nabíjením a dalšími funkcemi, které pomáhají maximalizovat životnost baterie. Další důvody pro vyvážení baterie: LifePo4 battery pcak neúplná spotřeba energie Absorpce většího proudu, než pro který je baterie navržena, nebo zkratování baterie s největší pravděpodobností způsobí předčasné selhání baterie. Když se baterie LifePo4 vybíjí, slabší články se vybíjejí rychleji než zdravé články a dosáhnou minimálního napětí rychleji než ostatní články. Když článek dosáhne minimálního napětí, celý bateriový blok je také odpojen od zátěže. To má za následek nevyužitou kapacitu baterie. Buněčná degradace Když je LifePo4 článek přebit i trochu nad jeho navrhovanou hodnotu, účinnost a také životnost článku se sníží. Například malé zvýšení nabíjecího napětí z 3,2 V na 3,25 V způsobí vybití baterie rychleji o 30 %. Pokud tedy není vyvážení článků přesné, také drobné přebíjení zkracuje životnost baterie. Neúplné nabití sady článků Baterie LifePo4 jsou účtovány při trvalém proudu v rozsahu 0,5 až 1,0. Napětí baterie LifePo4 roste s tím, jak nabíjení pokračuje až do úplného vybití a poté klesá. Přemýšlejte o třech článcích s 85 Ah, 86 Ah a 87 Ah a 100% SoC, a všechny buňky jsou poté uvolněny a také jejich SoC klesá. Můžete rychle zjistit, že buňka 1 skončí jako první, komu dojde energie, protože má nejnižší kapacitu. Když je na baterie přivedeno napájení, stejně jako přes články protéká úplně stejný existující článek, článek 1 opět visí v průběhu nabíjení a může být považován za plně nabitý, protože různé další dva články jsou zcela nabité. To znamená, že články 1 mají sníženou coulometrickou účinnost (CE) v důsledku vlastního zahřívání článku, což má za následek nerovnoměrnost článků. Thermal Runaway Nejstrašnější bod, který může nastat, je tepelný útěk. Jak rozumímelithiové článkyjsou velmi citlivé na přebíjení i přebíjení. V sadě 4 článků, pokud je jeden článek 3,5 V, zatímco různé ostatní jsou 3,2 V, nabíjení jistě naúčtuje všechny články dohromady, protože jsou v sérii, a také to naúčtuje 3,5 V článek na vyšší než doporučené napětí, protože různé ostatní baterie je stále třeba nabíjet. To vede k tepelnému úniku, když cena vnitřního tepla překročí rychlost, kterou se může teplo uvolnit. To způsobí, že se baterie LifePo4 stane tepelně nekontrolovatelnou. Co spouští nevyváženost článků v bateriových sadách? Nyní rozumíme tomu, proč je důležité udržovat rovnováhu všech článků v bateriovém bloku. Abychom tento problém náležitě řešili, měli bychom vědět, proč jsou buňky nevyvážené z první ruky. Jak již bylo řečeno, když je sada baterií vytvořena umístěním článků do série, je zajištěno, že všechny články zůstanou na velmi stejných úrovních napětí. Takže nová baterie bude mít vždy skutečně vyvážené články. Přesto, jak je balení uvedeno do provozu, buňky se vychylují z rovnováhy kvůli vyhovění faktorům. Nesoulad SOC Měření SOC buňky je komplikované; proto je velmi složité měřit SOC konkrétních článků v baterii. Optimální metoda harmonizace buněk by měla odpovídat buňkám stejného SOC namísto přesně stejných stupňů napětí (OCV). Ale protože je téměř nemožné, aby byly články při výrobě sady spárovány pouze napěťovými podmínkami, varianta v SOC může mít v pravý čas za následek úpravu OCV. Varianta vnitřního odporu Je extrémně obtížné najít články se stejným vnitřním odporem (IR) a jak baterie stárne, IR článku se dodatečně změní, a proto v sadě baterií nebudou mít všechny články stejné IR. Jak víme, IR přispívá k vnitřní necitlivosti buňky, která určuje proud procházející buňkou. Protože se IR mění, mění se proud přes článek a také jeho napětí. Úroveň teploty Účtovací a uvolňovací schopnost článku závisí také na okolní teplotě. Ve významné bateriové sadě, jako jsou elektromobily nebo solární pole, jsou články rozmístěny po odpadní ploše a mezi samotnou baterií může být teplotní rozdíl, takže se jeden článek nabíjí nebo vybíjí rychleji než zbývající články, což způsobuje nerovnost. Z výše uvedených faktorů je zřejmé, že v průběhu procedury nezabráníme nerovnováze buněk. Jediným řešením je tedy použití vnějšího systému, který vyžaduje, aby se buňky znovu vyrovnaly poté, co se dostanou do nerovnováhy. Tento systém se nazývá Battery Balancing System. Jak dosáhnout vyvážení baterie LiFePo4? Battery Management System (BMS) Obecně LiFePo4 baterie nedokáže sama dosáhnout vyvážení baterie, lze toho dosáhnoutsystém správy baterie(BMS). Výrobce baterie integruje do této desky BMS funkci vyvažování baterie a další ochranné funkce, jako je ochrana proti přepětí, indikátor SOC, alarm/ochrana proti přehřátí atd. Nabíječka Li-ion baterií s funkcí vyvažování Nabíječka, známá také jako „balanční nabíječka baterií“, integruje funkci vyvážení pro podporu různých baterií s různým počtem řetězců (např. 1~6S). I když vaše baterie nemá desku BMS, můžete nabíjet Li-ion baterii pomocí této nabíječky baterií, abyste dosáhli vyvážení. Vyrovnávací rada Když používáte vyváženou nabíječku baterií, musíte také připojit nabíječku a baterii k vyvažovací desce výběrem konkrétní zásuvky z vyvažovací desky. Modul ochranného obvodu (PCM) PCM deska je elektronická deska, která se připojuje k LiFePo4 bateriové sadě a její hlavní funkcí je chránit baterii a uživatele před poruchou. Aby bylo zajištěno bezpečné používání, musí LiFePo4 baterie pracovat při velmi přísných parametrech napětí. V závislosti na výrobci baterie a chemii se tento parametr napětí pohybuje mezi 3,2 V na článek pro vybité baterie a 3,65 V na článek pro dobíjecí baterie. deska PCM tyto parametry napětí sleduje a při jejich překročení odpojí baterii od zátěže nebo nabíječky. V případě jedné LiFePo4 baterie nebo více LiFePo4 baterií zapojených paralelně je to snadné, protože deska PCM monitoruje jednotlivá napětí. Pokud je však více baterií zapojeno do série, deska PCM musí sledovat napětí každé baterie. Typy vyvažování baterií Pro baterii LiFePo4 byly vyvinuty různé algoritmy vyvažování baterií. Dělí se na pasivní a aktivní metody vyvažování baterie na základě napětí baterie a SOC. Pasivní vyvažování baterie Technika pasivního vyvažování baterie odděluje přebytečný náboj od plně nabité baterie LiFePo4 prostřednictvím odporových prvků a dodává všem článkům podobné nabití jako nejnižší nabití baterie LiFePo4. Tato technika je spolehlivější a využívá méně komponent, čímž se snižují celkové náklady na systém. Tato technologie však snižuje účinnost systému, protože se energie rozptyluje ve formě tepla, které generuje energetické ztráty. Proto je tato technologie vhodná pro aplikace s nízkou spotřebou. Aktivní vyvažování baterie Aktivní vyrovnávání nabití je řešením problémů spojených s bateriemi LiFePo4. Technika aktivního vyvažování článků vybíjí náboj z baterie LiFePo4 s vyšší energií a přenáší ji do baterie LiFePo4 s nižší energií. Ve srovnání s technologií pasivního vyvažování článků tato technika šetří energii v modulu baterie LiFePo4, čímž zvyšuje účinnost systému a vyžaduje méně času na vyvážení mezi články baterie LiFePo4, což umožňuje vyšší nabíjecí proudy. I když je baterie LiFePo4 v klidu, dokonce i dokonale přizpůsobené baterie LiFePo4 ztrácejí nabíjení různou rychlostí, protože rychlost samovybíjení se mění v závislosti na teplotním gradientu: zvýšení teploty baterie o 10 °C již zdvojnásobuje rychlost samovybíjení . Aktivní vyrovnávání náboje však může buňky obnovit do rovnováhy, i když jsou v klidu. Tato technika má však složité obvody, což zvyšuje celkové náklady na systém. Proto je aktivní vyvažování článků vhodné pro aplikace s vysokým výkonem. Existují různé topologie aktivních vyvažovacích obvodů klasifikovaných podle komponent pro ukládání energie, jako jsou kondenzátory, induktory/transformátory a elektronické převodníky. Celkově systém aktivní správy baterií snižuje celkové náklady na LiFePo4 baterii, protože nevyžaduje předimenzování článků pro kompenzaci rozptylu a nerovnoměrného stárnutí mezi LiFePo4 bateriemi. Aktivní správa baterie se stává kritickou, když jsou staré články nahrazeny novými články a v rámci LiFePo4 bateriové sady existují značné rozdíly. Vzhledem k tomu, že systémy aktivní správy baterií umožňují instalovat články s velkými variacemi parametrů v bateriových sadách LiFePo4, zvyšují se výnosy výroby, zatímco náklady na záruku a údržbu se snižují. Systémy aktivní správy baterií proto prospívají výkonu, spolehlivosti a bezpečnosti baterie a zároveň pomáhají snižovat náklady. Shrnout Aby se minimalizovaly účinky kolísání napětí článku, musí být nerovnováha řádně zmírněna. Cílem jakéhokoli vyvažovacího řešení je umožnit LiFePo4 bateriovému bloku pracovat na zamýšlené úrovni výkonu a rozšířit jeho dostupnou kapacitu. Vyvážení baterie není důležité pouze pro zlepšení výkonu aživotní cyklus baterií, přidává také bezpečnostní faktor do LiFePo4battery pack. Jedna z nově vznikajících technologií pro zlepšení bezpečnosti baterie a prodloužení životnosti baterie. Vzhledem k tomu, že nová technologie vyvažování baterií sleduje množství vyvažování potřebné pro jednotlivé články LiFePo4, prodlužuje životnost baterie LiFePo4 a zvyšuje celkovou bezpečnost baterie.