Como o equilibrio celular prolonga a vida útil da batería LifePo4?

Cando os dispositivos precisan dunha longa duración e de alto rendementoBatería LifePo4, precisan equilibrar cada célula. Por que a batería LifePo4 necesita equilibrar a batería? As baterías LifePo4 están suxeitas a moitas características, como sobretensión, subtensión, sobrecarga e corrente de descarga, fuga térmica e desequilibrio de voltaxe da batería. Un dos factores máis importantes é o desequilibrio das células, que cambia a tensión de cada cela do paquete ao longo do tempo, reducindo así rapidamente a capacidade da batería. Cando o paquete de batería LifePo4 está deseñado para usar varias celas en serie, é importante deseñar as características eléctricas para equilibrar de forma consistente as tensións das células. Isto non só é para o rendemento da batería, senón tamén para optimizar o ciclo de vida. A necesidade de doutrina é que o equilibrio da batería ocorre antes e despois de construír a batería e debe facerse ao longo do ciclo de vida da batería para manter un rendemento óptimo da batería. O uso do balance de baterías permítenos deseñar baterías con maior capacidade para aplicacións porque o balance permite que a batería alcance un maior estado de carga (SOC). Podes imaxinar conectar moitas unidades LifePo4 Cell en serie coma se tirases dun trineo con moitos cans de trineo. O trineo só se pode tirar coa máxima eficiencia se todos os cans de trineo corren á mesma velocidade. Con catro cans de trineo, se un can de trineo corre lentamente, os outros tres cans de trineo tamén deben reducir a súa velocidade, reducindo así a eficiencia, e se un can de trineo corre máis rápido, acabará tirando da carga dos outros tres cans de trineo e feríndose a si mesma. Polo tanto, cando varias células LifePo4 están conectadas en serie, os valores de tensión de todas as celas deben ser iguais para obter unha batería LifePo4 máis eficiente. A batería LifePo4 nominal ten só uns 3,2 V, pero ensistemas domésticos de almacenamento de enerxía, fontes de alimentación portátiles, industrias, telecomunicacións, vehículos eléctricos e aplicacións de microrrede, necesitamos unha tensión moi superior á nominal. Nos últimos anos, as baterías recargables LifePo4 xogaron un papel fundamental nas baterías de enerxía e nos sistemas de almacenamento de enerxía debido ao seu peso lixeiro, alta densidade de enerxía, longa vida útil, alta capacidade, carga rápida, baixos niveis de autodescarga e respeto ao medio ambiente. O equilibrio das células garante que a tensión e a capacidade de cada célula LifePo4 estean ao mesmo nivel, se non, o alcance e a vida útil da batería LiFePo4 reduciranse moito e o rendemento da batería degradarase. Polo tanto, o equilibrio das células LifePo4 é un dos factores máis importantes para determinar a calidade da batería. Durante o funcionamento, producirase unha pequena brecha de tensión, pero podemos mantelo dentro dun rango aceptable mediante o equilibrio das células. Durante o equilibrio, as células de maior capacidade sofren un ciclo completo de carga/descarga. Sen equilibrio celular, a célula coa capacidade máis lenta é un punto débil. O equilibrio celular é unha das funcións fundamentais do BMS, xunto co control da temperatura, a carga e outras funcións que axudan a maximizar a vida útil do paquete. Outras razóns para o equilibrio da batería: LifePo4 batería pcak uso incompleto de enerxía Absorber máis corrente da que está deseñada a batería ou cortar a batería é máis probable que cause un fallo prematuro da batería. Cando se está descargando un paquete de batería LifePo4, as células máis débiles descargaranse máis rápido que as sas e alcanzarán a tensión mínima máis rápido que outras células. Cando unha célula alcanza a tensión mínima, toda a batería tamén se desconecta da carga. Isto dá lugar a unha capacidade non utilizada de enerxía da batería. Degradación celular Cando unha célula LifePo4 se sobrecarga, incluso un pouco máis que o seu valor suxerido, a eficacia e tamén o proceso de vida da célula redúcese. Como exemplo, un aumento menor na tensión de carga de 3,2 V a 3,25 V descompondrá a batería máis rápido nun 30%. Polo tanto, se o equilibrio das células non é preciso, tamén unha sobrecarga menor diminuirá a duración da batería. Carga incompleta dun paquete móbil As baterías LifePo4 facturan a unha corrente continua de entre 0,5 e tamén 1,0. A tensión da batería LifePo4 aumenta a medida que a carga chega a un punto máximo cando se factura por completo despois de que, en consecuencia, caia. Pense en tres células con 85 Ah, 86 Ah e 87 Ah respectivamente e 100 por cento de SoC, e todas as células están despois liberadas e tamén o seu SoC diminúe. Podes descubrir rapidamente que a célula 1 acaba sendo a primeira en quedar sen enerxía dado que ten a menor capacidade. Cando se pon enerxía aos paquetes de células, así como o mesmo existente está a fluír a través das células, unha vez máis, a cela 1 colócase durante a carga e pódese considerar que está completamente cargada xa que as outras dúas células están completamente cargadas. Isto significa que as celas 1 teñen unha Eficacia Coulométrica (CE) reducida debido ao autoquecemento da célula que resulta en desigualdade celular. Fuga Térmica O punto máis horrible que pode ter lugar é a fuga térmica. Segundo entendemoscélulas de litioson moi sensibles á sobrecarga así como á sobrecarga. Nun paquete de 4 celas, se unha celda ten 3,5 V mentres que as outras son de 3,2 V, a carga seguramente facturará todas as celas xuntas porque están en serie e tamén facturará a celda de 3,5 V a unha tensión superior á recomendada porque os distintos outras baterías aínda se necesitan cargar. Isto leva a un desgaste térmico cando o prezo da xeración de calor interna supera a velocidade á que se pode liberar o quente. Isto fai que a batería LifePo4 non se controle térmicamente. Que desencadean o desequilibrio celular nas baterías? Agora entendemos por que é esencial manter todas as células equilibradas nunha batería. Con todo, para abordar o problema adecuadamente, debemos saber por que as células obteñen un desequilibrio de primeira man. Como se dixo anteriormente, cando se crea unha batería colocando as celas en serie, asegúrese de que todas as celas permanecen nos mesmos niveis de tensión. Polo tanto, unha batería nova sempre terá células realmente equilibradas. Non obstante, a medida que se pon en uso o paquete, as células desequilibran debido ao cumprimento dos factores. Discrepancia SOC Medir o SOC dunha célula é complicado; polo tanto, é moi complicado medir o SOC de células específicas dunha batería. Un método óptimo de harmonización das celas debería coincidir coas celas do mesmo SOC en lugar dos mesmos graos de tensión (OCV). Pero dado que case non é posible que as celas se combinen só en termos de tensión ao facer un paquete, a variante en SOC pode producir unha modificación no OCV no seu momento. Variante de resistencia interior É extremadamente difícil atopar celas coa mesma resistencia interna (IR) e a medida que a batería envellece, o IR da cela tamén se altera e, polo tanto, nunha batería non todas as celas terán o mesmo IR. Segundo entendemos, o IR engádese á insusceptibilidade interna da célula que determina o fluxo de corrente a través dunha célula. Debido a que o IR varía a corrente a través da célula e tamén a súa tensión tamén se fai diferente. Nivel de temperatura A capacidade de facturación e liberación da célula tamén depende da temperatura que a rodea. Nun paquete de batería importante, como nos vehículos eléctricos ou matrices solares, as células distribúense nunha zona de residuos e pode haber unha distinción de temperatura entre o propio paquete creando unha célula para cargar ou descargar máis rápido que as células restantes causando unha desigualdade. Dos factores anteriores, está claro que non podemos evitar que as células se desequilibren durante todo o procedemento. Así, o único remedio é facer uso dun sistema exterior que require que as células se equilibren unha vez máis despois de que se desequilibren. Este sistema chámase sistema de equilibrio de batería. Como conseguir o equilibrio da batería LiFePo4? Sistema de xestión de baterías (BMS) Xeralmente, a batería LiFePo4 non pode lograr o equilibrio da batería por si só, pódese conseguirsistema de xestión de baterías(BMS). O fabricante da batería integrará a función de equilibrado da batería e outras funcións de protección, como a protección de sobretensión de carga, o indicador SOC, a alarma/protección de sobretemperatura, etc. nesta placa BMS. Cargador de batería de iones de litio con función de equilibrio Tamén coñecido como "cargador de batería de equilibrio", o cargador integra unha función de equilibrio para soportar diferentes baterías con diferentes contas de cordas (por exemplo, 1 ~ 6S). Aínda que a túa batería non teña unha placa BMS, podes cargar a batería de iones de litio con este cargador para lograr o equilibrio. Xunta de Equilibrio Cando utilizas un cargador de batería equilibrado, tamén debes conectar o cargador e a túa batería á placa de equilibrio seleccionando un enchufe específico da tarxeta de equilibrio. Módulo de circuíto de protección (PCM) A tarxeta PCM é unha tarxeta electrónica que está conectada ao paquete de baterías LiFePo4 e a súa función principal é protexer a batería e ao usuario contra un mal funcionamento. Para garantir un uso seguro, a batería LiFePo4 debe funcionar baixo parámetros de tensión moi estritos. Dependendo do fabricante e da química da batería, este parámetro de tensión varía entre 3,2 V por célula para as baterías descargadas e 3,65 V por célula para as baterías recargables. a placa PCM supervisa estes parámetros de tensión e desconecta a batería da carga ou do cargador se se exceden. No caso dunha soa batería LiFePo4 ou de varias baterías LiFePo4 conectadas en paralelo, isto faise facilmente porque a placa PCM supervisa as tensións individuais. Non obstante, cando se conectan varias baterías en serie, a placa PCM debe controlar a tensión de cada batería. Tipos de equilibrio de batería Desenvolvéronse varios algoritmos de equilibrio de batería para a batería LiFePo4. Divídese en métodos pasivos e activos de equilibrio de batería baseados na tensión da batería e SOC. Equilibrio pasivo da batería A técnica de equilibrio pasivo da batería separa o exceso de carga dunha batería LiFePo4 totalmente energizada a través de elementos resistivos e dá a todas as células unha carga similar á carga máis baixa da batería LiFePo4. Esta técnica é máis fiable e utiliza menos compoñentes, reducindo así o custo global do sistema. Non obstante, a tecnoloxía reduce a eficiencia do sistema xa que a enerxía se disipa en forma de calor que xera perdas de enerxía. Polo tanto, esta tecnoloxía é adecuada para aplicacións de baixa potencia. Equilibrio activo da batería O equilibrio activo de carga é unha solución aos desafíos asociados ás baterías LiFePo4. A técnica de balance de células activas descarga a carga da batería LiFePo4 de maior enerxía e transfire á batería LiFePo4 de menor enerxía. En comparación coa tecnoloxía de equilibrado de células pasivas, esta técnica aforra enerxía no módulo de batería LiFePo4, aumentando así a eficiencia do sistema e require menos tempo para equilibrar as células do paquete de batería LiFePo4, o que permite correntes de carga máis altas. Mesmo cando o paquete de baterías LiFePo4 está en repouso, incluso as baterías LiFePo4 perfectamente combinadas perden carga a diferentes velocidades porque a taxa de autodescarga varía dependendo do gradiente de temperatura: un aumento de 10 °C na temperatura da batería xa duplica a taxa de autodescarga. . Non obstante, o equilibrio activo de carga pode restablecer o equilibrio das células, aínda que estean en repouso. Non obstante, esta técnica ten circuítos complexos, o que aumenta o custo global do sistema. Polo tanto, o equilibrio activo de células é axeitado para aplicacións de alta potencia. Existen varias topoloxías de circuítos de equilibrio activo clasificadas segundo os compoñentes de almacenamento de enerxía, como capacitores, indutores/transformadores e conversores electrónicos. En xeral, o sistema activo de xestión da batería reduce o custo total da batería LiFePo4 porque non require un sobredimensionamento das células para compensar a dispersión e o envellecemento desigual entre as baterías LiFePo4. A xestión activa da batería vólvese crítica cando as células antigas son substituídas por novas e hai variacións significativas dentro do paquete de baterías LiFePo4. Dado que os sistemas de xestión de baterías activas permiten instalar celas con grandes variacións de parámetros nos paquetes de baterías LiFePo4, os rendementos de produción aumentan mentres que os custos de garantía e mantemento diminúen. Polo tanto, os sistemas activos de xestión da batería benefician o rendemento, a fiabilidade e a seguridade da batería, ao tempo que contribúen a reducir os custos. Resume Para minimizar os efectos da deriva da tensión da célula, os desequilibrios deben moderarse adecuadamente. O obxectivo de calquera solución de equilibrio é permitir que o paquete de baterías LiFePo4 funcione ao seu nivel de rendemento previsto e estenda a súa capacidade dispoñible. O equilibrio da batería non só é importante para mellorar o rendemento eciclo de vida das baterías, tamén engade un factor de seguridade ao paquete de baterías LiFePo4. Unha das tecnoloxías emerxentes para mellorar a seguridade da batería e prolongar a vida útil da batería. Como a nova tecnoloxía de equilibrio da batería rastrexa a cantidade de equilibrio necesario para as células LiFePo4 individuais, estende a vida útil da batería LiFePo4 e mellora a seguridade xeral da batería.