Hvordan cellebalancering forlænger LifePo4-batteripakkens levetid?

Når enheder har brug for en langvarig, høj ydeevneLifePo4 batteripakke, skal de balancere hver celle. Hvorfor LifePo4 batteripakke har brug for batteribalancering? LifePo4-batterier er underlagt mange karakteristika, såsom overspænding, underspænding, overopladnings- og afladningsstrøm, termisk løb og batterispændingsubalance. En af de vigtigste faktorer er celleubalance, som ændrer spændingen af ​​hver celle i pakken over tid og derved hurtigt reducerer batterikapaciteten. Når LifePo4-batteripakken er designet til at bruge flere celler i serie, er det vigtigt at designe de elektriske egenskaber for konsekvent at balancere cellespændingerne. Dette er ikke kun for batteripakkens ydeevne, men også for at optimere livscyklussen. Behovet for doktrin er, at batteribalancering sker før og efter batteriet er bygget og skal udføres i hele batteriets livscyklus for at opretholde optimal batteriydelse! Brugen af ​​batteribalancering giver os mulighed for at designe batterier med højere kapacitet til applikationer, fordi balancering tillader batteriet at opnå en højere ladningstilstand (SOC). Du kan forestille dig at forbinde mange LifePo4 Cell-enheder i serie, som om du trak en slæde med mange slædehunde. Slæden kan kun trækkes med maksimal effektivitet, hvis alle slædehundene kører med samme hastighed. Med fire slædehunde, hvis en slædehund løber langsomt, så skal de tre andre slædehunde også reducere deres hastighed, hvilket reducerer effektiviteten, og hvis en slædehund løber hurtigere, ender den med at trække læsset af de tre andre slædehunde og skade sig selv. Derfor, når flere LifePo4-celler er forbundet i serie, bør spændingsværdierne for alle celler være ens for at opnå en mere effektiv LifePo4-batteripakke. Det nominelle LifePo4-batteri er vurderet til kun omkring 3,2V, men ienergilagringssystemer i hjemmet, bærbare strømforsyninger, industri-, telekommunikations-, elektriske køretøjer og mikronetapplikationer, har vi brug for meget højere end den nominelle spænding. I de senere år har genopladelige LifePo4-batterier spillet en afgørende rolle i strømbatterier og energilagringssystemer på grund af deres lette vægt, høje energitæthed, lange levetid, høje kapacitet, hurtige opladning, lave selvafladningsniveauer og miljøvenlighed. Cellebalancering sikrer, at spændingen og kapaciteten af ​​hver LifePo4-celle er på samme niveau, ellers vil rækkevidden og levetiden for LiFePo4-batteripakken blive stærkt reduceret, og batteriets ydeevne vil blive forringet! Derfor er LifePo4 cellebalance en af ​​de vigtigste faktorer for at bestemme kvaliteten af ​​batteriet. Under drift vil der opstå et lille spændingsgab, men vi kan holde det inden for et acceptabelt område ved hjælp af cellebalancering. Under balancering gennemgår cellerne med højere kapacitet en fuld opladnings-/afladningscyklus. Uden cellebalancering er cellen med den langsomste kapacitet et svagt punkt. Cellebalancering er en af ​​BMS'ens kernefunktioner sammen med temperaturovervågning, opladning og andre funktioner, der hjælper med at maksimere pakkens levetid. Andre årsager til batteribalancering: LifePo4 batteri pcak ufuldstændig energiforbrug Absorbering af mere strøm end batteriet er designet til eller kortslutning af batteriet vil højst sandsynligt forårsage for tidlig batterifejl. Når en LifePo4-batteripakke aflades, vil svagere celler aflades hurtigere end raske celler, og de vil nå minimumsspændingen hurtigere end andre celler. Når en celle når minimumsspændingen, er hele batteripakken også afbrudt fra belastningen. Dette resulterer i en uudnyttet kapacitet af batteripakkens energi. Nedbrydning af celler Når en LifePo4-celle er overopladet, selv en smule over dens foreslåede værdi, bliver effektiviteten og cellens livsproces reduceret. Som et eksempel vil en mindre stigning i ladespændingen fra 3,2V til 3,25V nedbryde batteriet hurtigere med 30%. Så hvis cellebalancering ikke er nøjagtig, vil også mindre overopladning reducere batteriets levetid. Ufuldstændig opladning af en cellepakke LifePo4-batterier faktureres med en kontinuerlig strøm på mellem 0,5 og også 1,0 satser. LifePo4-batterispændingen stiger, efterhånden som opladningen fortsætter med at komme til spidsen, når den er fuldstændig faktureret, og derefter falder. Tænk på tre celler med henholdsvis 85 Ah, 86 Ah og 87 Ah og 100 procent SoC, og alle celler frigives derefter, og også deres SoC falder. Du kan hurtigt finde ud af, at celle 1 ender med at være den første, der løber tør for energi, da den har den laveste kapacitet. Når der er sat strøm på cellepakkerne, og den samme eksisterende strømmer gennem cellerne, hænger celle 1 igen tilbage under opladningen og kan blive betragtet som fuldt opladet, da de forskellige andre to celler er helt opladet. Det betyder, at celler 1 har en reduceret Coulometric Effectiveness (CE) på grund af cellens selvopvarmning, der resulterer i celleulighed. Thermal Runaway Det mest forfærdelige punkt, der kan finde sted, er termisk flugt. Som vi forstårlithium cellerer meget følsomme over for overopladning såvel som overafladning. I en pakke med 4 celler, hvis en celle er 3,5 V, mens de forskellige andre er 3,2 V, vil ladningen helt sikkert fakturere alle cellerne sammen, fordi de er i serie, og den vil også fakturere 3,5 V-cellen til en højere spænding end anbefalet, fordi de forskellige andre batterier skal stadig oplades. Dette fører til termisk flugt, når prisen på indre varmegenerering overstiger den hastighed, hvormed det varme kan frigives. Dette får LifePo4-batteripakken til at blive termisk ukontrolleret. Hvad udløser cellubalance i batteripakker? Nu forstår vi, hvorfor det er vigtigt at holde alle celler afbalanceret i en batteripakke. Men for at løse problemet korrekt, bør vi vide, hvorfor cellerne bliver ubalancerede på første hånd. Som tidligere fortalt, når en batteripakke skabes ved at placere cellerne i serie, sikres det, at alle cellerne forbliver i de samme spændingsniveauer. Så en frisk batteripakke vil altid have faktisk afbalancerede celler. Men når pakken tages i brug, kommer cellerne ud af balance på grund af overholdelse af faktorer. SOC uoverensstemmelse Måling af SOC af en celle er kompliceret; derfor er det meget indviklet at måle SOC af specifikke celler i et batteri. En optimal celleharmoniseringsmetode bør matche cellerne i den samme SOC i stedet for de nøjagtigt samme spændingsgrader (OCV). Men da det næsten ikke er muligt, at celler kun matches på spændingsvilkår, når man laver en pakke, kan varianten i SOC resultere i en ændring i OCV med tiden. Indvendig modstandsvariant Det er ekstremt svært at finde celler med den samme indre modstand (IR), og efterhånden som batteriet ældes, bliver cellens IR desuden ændret, og derfor vil ikke alle celler i en batteripakke have den samme IR. Som vi forstår, tilføjer IR til cellens indre ufølsomhed, hvilket bestemmer strømmen, der strømmer gennem en celle. Fordi IR'en varieres, bliver strømmen via cellen og også dens spænding også anderledes. Temperaturniveau Cellens fakturerings- og frigivelsesevne afhænger også af temperaturen omkring den. I en betydelig batteripakke som i elbiler eller solcellepaneler er cellerne fordelt over et affaldsområde, og der kan være en temperaturforskel mellem selve pakken, hvilket skaber en celle, der oplades eller aflades hurtigere end de resterende celler, hvilket forårsager en ulighed. Ud fra ovenstående faktorer er det klart, at vi ikke kan forhindre celler i at komme i ubalance under hele proceduren. Så det eneste middel er at gøre brug af et ydre system, der kræver, at cellerne bliver balanceret igen, efter at de er kommet i ubalance. Dette system kaldes Battery Balancing System. Hvordan opnår man LiFePo4 batteripakkebalance? Batteristyringssystem (BMS) Generelt kan LiFePo4-batteripakken ikke opnå batteribalancering af sig selv, den kan opnås vedbatteristyringssystem(BMS). Batteriproducenten vil integrere batteribalanceringsfunktionen og andre beskyttelsesfunktioner såsom opladningsoverspændingsbeskyttelse, SOC-indikator, overtemperaturalarm/beskyttelse osv. på dette BMS-kort. Li-ion batterioplader med balanceringsfunktion Også kendt som en "balance batterioplader", integrerer opladeren en balancefunktion til at understøtte forskellige batterier med forskellige strengantal (f.eks. 1~6S). Selvom dit batteri ikke har et BMS-kort, kan du oplade dit Li-ion-batteri med denne batterioplader for at opnå balance. Balanceboard Når du bruger en balanceret batterioplader, skal du også tilslutte opladeren og dit batteri til balancebrættet ved at vælge en bestemt stikkontakt fra balanceboardet. Protection Circuit Module (PCM) PCM-kortet er et elektronisk kort, der er forbundet til LiFePo4-batteripakken, og dets hovedfunktion er at beskytte batteriet og brugeren mod funktionsfejl. For at sikre sikker brug skal LiFePo4-batteriet fungere under meget strenge spændingsparametre. Afhængigt af batteriproducenten og kemi varierer denne spændingsparameter mellem 3,2 V pr. celle for afladede batterier og 3,65 V pr. celle for genopladelige batterier. PCM-kortet overvåger disse spændingsparametre og afbryder batteriet fra belastningen eller opladeren, hvis de overskrides. I tilfælde af et enkelt LiFePo4-batteri eller flere LiFePo4-batterier forbundet parallelt, opnås dette let, fordi PCM-kortet overvåger de individuelle spændinger. Men når flere batterier er forbundet i serie, skal PCM-kortet overvåge spændingen på hvert batteri. Typer af batteribalancering Forskellige batteribalanceringsalgoritmer er blevet udviklet til LiFePo4-batteripakken. Den er opdelt i passive og aktive batteribalanceringsmetoder baseret på batterispænding og SOC. Passiv batteribalancering Den passive batteribalanceringsteknik adskiller den overskydende ladning fra et fuldt strømførende LiFePo4-batteri gennem resistive elementer og giver alle celler en lignende ladning som den laveste LiFePo4-batteriladning. Denne teknik er mere pålidelig og bruger færre komponenter, hvilket reducerer de samlede systemomkostninger. Teknologien reducerer imidlertid systemets effektivitet, da energi spredes i form af varme, der genererer energitab. Derfor er denne teknologi velegnet til laveffektapplikationer. Aktiv batteribalancering Aktiv ladningsbalancering er en løsning på de udfordringer, der er forbundet med LiFePo4-batterier. Den aktive cellebalanceringsteknik aflader ladningen fra det højere energi LiFePo4 batteri og overfører det til det lavere energi LiFePo4 batteri. Sammenlignet med passiv cellebalanceringsteknologi sparer denne teknik energi i LiFePo4-batterimodulet, hvilket øger systemets effektivitet og kræver mindre tid at balancere mellem LiFePo4-batteripakkens celler, hvilket giver mulighed for højere ladestrømme. Selv når LiFePo4-batteripakken er i ro, mister selv perfekt afstemte LiFePo4-batterier opladningen med forskellige hastigheder, fordi selvafladningshastigheden varierer afhængigt af temperaturgradienten: en stigning på 10°C i batteritemperaturen fordobler allerede selvafladningshastigheden . Aktiv ladningsbalancering kan dog genoprette celler til ligevægt, selvom de er i hvile. Denne teknik har imidlertid komplekse kredsløb, hvilket øger de samlede systemomkostninger. Derfor er aktiv cellebalancering velegnet til højeffektapplikationer. Der er forskellige aktive balanceringskredsløbstopologier klassificeret efter energilagringskomponenter, såsom kondensatorer, induktorer/transformatorer og elektroniske omformere. Samlet set reducerer det aktive batteristyringssystem de samlede omkostninger ved LiFePo4-batteripakken, fordi det ikke kræver overdimensionering af cellerne for at kompensere for spredning og ujævn aldring blandt LiFePo4-batterierne. Aktiv batteristyring bliver kritisk, når gamle celler udskiftes med nye celler, og der er betydelig variation i LiFePo4-batteripakken. Da aktive batteristyringssystemer gør det muligt at installere celler med store parametervariationer i LiFePo4-batteripakker, stiger produktionsudbyttet, mens garanti- og vedligeholdelsesomkostninger falder. Derfor gavner aktive batteristyringssystemer batteripakkens ydeevne, pålidelighed og sikkerhed, samtidig med at de hjælper med at reducere omkostningerne. Sammenfatte For at minimere virkningerne af cellespændingsdrift skal ubalancer modereres ordentligt. Målet med enhver balanceringsløsning er at tillade LiFePo4-batteripakken at fungere på det tilsigtede ydeevneniveau og at udvide dens tilgængelige kapacitet. Batteribalancering er ikke kun vigtigt for at forbedre ydeevnen ogbatteriers livscyklus, tilføjer det også en sikkerhedsfaktor til LiFePo4-batteripakken. En af de nye teknologier til at forbedre batterisikkerheden og forlænge batteriets levetid. Da den nye batteribalanceringsteknologi sporer mængden af ​​balancering, der kræves for individuelle LiFePo4-celler, forlænger den levetiden af ​​LiFePo4-batteripakken og forbedrer den overordnede batterisikkerhed.