Hogyan hosszabbítja meg a cellakiegyenlítés a LifePo4 akkumulátor élettartamát?

Amikor az eszközöknek hosszú élettartamú, nagy teljesítményre van szükségükLifePo4 akkumulátorcsomag, ki kell egyensúlyozniuk az egyes sejteket. Miért van szüksége a LifePo4 akkumulátorcsomagra az akkumulátor kiegyensúlyozására? A LifePo4 akkumulátorok számos jellemzőnek vannak kitéve, mint például a túlfeszültség, az alacsony feszültség, a túltöltés és a kisülési áram, a termikus kifutás és az akkumulátorfeszültség kiegyensúlyozatlansága. Az egyik legfontosabb tényező a cella kiegyensúlyozatlansága, amely idővel megváltoztatja a csomagban lévő egyes cellák feszültségét, ezáltal gyorsan csökkenti az akkumulátor kapacitását. Ha a LifePo4 akkumulátorcsomagot több cella sorba kapcsolására tervezték, fontos az elektromos jellemzők tervezése a cellafeszültségek következetes kiegyensúlyozása érdekében. Ez nem csak az akkumulátor teljesítményét szolgálja, hanem az életciklus optimalizálását is. A doktrína szükségessége az, hogy az akkumulátor kiegyensúlyozása az akkumulátor felépítése előtt és után történik, és az akkumulátor optimális teljesítményének megőrzése érdekében az akkumulátor teljes élettartama alatt meg kell tenni! Az akkumulátor-kiegyenlítés alkalmazása lehetővé teszi, hogy nagyobb kapacitású akkumulátorokat tervezzünk alkalmazásokhoz, mivel a kiegyenlítés lehetővé teszi, hogy az akkumulátor magasabb töltöttségi állapotot (SOC) érjen el. Elképzelheti, hogy sok LifePo4 Cell egységet sorba köt, mintha egy szánkót húzna sok szánhúzó kutyával. A szán csak akkor húzható maximális hatékonysággal, ha az összes szánkókutya azonos sebességgel fut. Négy szánhúzó kutyánál, ha egy kutya lassan fut, akkor a másik három szánhúzó kutyának is csökkentenie kell a sebességét, ezzel csökkentve a hatékonyságot, ha pedig az egyik szánhúzó kutya gyorsabban fut, akkor a másik három szánhúzó kutya terhét fogja húzni, önmagát ártva. Ezért ha több LifePo4 cellát sorba kötnek, az összes cella feszültségértékének egyenlőnek kell lennie, hogy hatékonyabb LifePo4 akkumulátort kapjunk. A névleges LifePo4 akkumulátor névleges feszültsége csak körülbelül 3,2 V, de nemotthoni energiatároló rendszerek, hordozható tápegységek, ipari, távközlési, elektromos járművek és mikrogrid alkalmazások, a névlegesnél jóval magasabb feszültségre van szükségünk. Az elmúlt években az újratölthető LifePo4 akkumulátorok kritikus szerepet játszottak az akkumulátorokban és az energiatároló rendszerekben könnyű súlyuk, nagy energiasűrűségük, hosszú élettartamuk, nagy kapacitásuk, gyors töltésük, alacsony önkisülési szintjük és környezetbarátságuk miatt. A cellakiegyenlítés biztosítja, hogy az egyes LifePo4 cellák feszültsége és kapacitása azonos szinten legyen, ellenkező esetben a LiFePo4 akkumulátorcsomag hatótávolsága és élettartama jelentősen csökken, és az akkumulátor teljesítménye is romlik! Ezért a LifePo4 cella egyensúlya az egyik legfontosabb tényező az akkumulátor minőségének meghatározásában. Működés közben egy kis feszültségkülönbség keletkezik, de ezt a cellakiegyenlítéssel elfogadható tartományon belül tudjuk tartani. A kiegyensúlyozás során a nagyobb kapacitású cellák teljes töltési/kisütési cikluson mennek keresztül. Sejtkiegyensúlyozás nélkül a leglassabb kapacitású cella gyenge pont. A cellakiegyenlítés a BMS egyik alapvető funkciója, a hőmérséklet-figyelés, a töltés és más olyan funkciók mellett, amelyek segítik a csomag élettartamának maximalizálását. Az akkumulátor kiegyensúlyozásának egyéb okai: LifePo4 akkumulátor pcak hiányos energiafelhasználás Ha nagyobb áramot vesz fel, mint amennyire az akkumulátort tervezték, vagy rövidre zárja az akkumulátort, az a legvalószínűbb, hogy az akkumulátor idő előtti meghibásodását okozza. Amikor a LifePo4 akkumulátorcsomag lemerül, a gyengébb cellák gyorsabban kisülnek, mint az egészségesek, és gyorsabban érik el a minimális feszültséget, mint a többi cella. Amikor egy cella eléri a minimális feszültséget, a teljes akkumulátorcsomag is leválik a terhelésről. Ez az akkumulátorcsomag energia kihasználatlan kapacitását eredményezi. Sejtlebomlás Ha egy LifePo4 cellát egy kicsit is túltöltünk, akkor a sejt hatékonysága és életfolyamata is csökken. Például a töltési feszültség kismértékű növelése 3,2 V-ról 3,25 V-ra az akkumulátort 30%-kal gyorsabban tönkreteszi. Tehát ha a cellakiegyenlítés nem pontos, akkor a kisebb túltöltés is csökkenti az akkumulátor élettartamát. Egy cellacsomag hiányos feltöltése A LifePo4 akkumulátorok számlázása 0,5 és 1,0 közötti folyamatos áram mellett történik. A LifePo4 akkumulátor feszültsége a töltés előrehaladtával megemelkedik, és a teljes számlázás végéhez ér, majd ennek következtében csökken. Gondoljon három cellára 85 Ah-val, 86 Ah-val és 87 Ah-val és 100 százalékos SoC-val, és ezután minden sejt felszabadul, és az SoC is csökken. Gyorsan megtudhatja, hogy az 1-es cella lesz az első, amelyik kifogy az energiából, mivel ennek a legalacsonyabb a képessége. Amikor a cellákon áramot kapnak, és ugyanazok áramlik át a cellákon, az 1. cella a töltés alatt ismét lefagy, és teljesen feltöltöttnek tekinthető, mivel a másik két cella teljesen fel van töltve. Ez azt jelenti, hogy az 1-es cellák coulometrikus hatékonysága (CE) csökken a sejt önmelegedése miatt, ami sejtegyenlőtlenséget eredményez. Thermal Runaway A legszörnyűbb pont, ami történhet, a termikus menekülés. Ahogy értjüklítium sejteknagyon érzékenyek a túltöltésre és a túltöltésre is. Egy 4 elemből álló csomagban, ha az egyik cella 3,5 V-os, míg a többi 3,2 V-os, a töltés minden bizonnyal együtt számlázza az összes cellát, mert sorba vannak kapcsolva, és a 3,5 V-os cellát is a javasoltnál nagyobb feszültséggel számlázzák, mivel a különböző más akkumulátorok még mindig töltésre szorulnak.Ez hőkieséshez vezet, amikor a belső hőtermelés ára meghaladja azt a sebességet, amellyel a meleg felszabadul. Emiatt a LifePo4 akkumulátorcsomag termikusan ellenőrizhetetlenné válik. Mi váltja ki a cella kiegyensúlyozatlanságát az akkumulátorokban? Most már megértjük, miért fontos az akkumulátorcsomagban lévő összes cella egyensúlyban tartása. A probléma megfelelő megoldásához azonban tudnunk kell, hogy a sejtek miért válnak kiegyensúlyozatlanná első kézből. Amint azt korábban említettük, amikor az akkumulátorcsomagot a cellák sorba helyezésével hozzuk létre, gondoskodunk arról, hogy az összes cella ugyanazon a feszültségszinten maradjon. Így a friss akkumulátor mindig kiegyensúlyozott cellákkal rendelkezik. A csomag használatba vételével azonban a sejtek kibillentenek az egyensúlyból a megfelelő tényezők miatt. SOC eltérés Egy sejt SOC-jának mérése bonyolult; ezért nagyon bonyolult az akkumulátor egyes celláinak SOC-értékének mérése. Egy optimális cellaharmonizációs módszernek meg kell felelnie az azonos SOC celláinak a pontosan azonos feszültség (OCV) fok helyett. De mivel szinte nem lehetséges, hogy a cellákat csak a feszültség szempontjából illessze össze egy csomag készítése során, a SOC-ban szereplő változat az OCV módosítását eredményezheti idővel. Belső ellenállású változat Rendkívül nehéz megtalálni az azonos belső ellenállású (IR) cellákat, és az akkumulátor öregedésével a cella infravörössége is megváltozik, így egy akkumulátorcsomagban nem minden cellában lesz ugyanaz az infravörös jelzés. Amint megértjük, az IR növeli a sejt belső érzéketlenségét, amely meghatározza a cellán áthaladó áramot. Mivel az IR-t változtatják, a cellán keresztüli áram és a feszültsége is eltérő lesz. Hőmérséklet szintje A cella számlázási és felszabadítási képessége a körülötte lévő hőmérséklettől is függ. Egy jelentős akkumulátorcsomagban, mint például az elektromos járművekben vagy a napelemes tömbökben, a cellák egy hulladékterületen vannak elosztva, és előfordulhat, hogy a csomag között hőmérsékletkülönbség van, így egy cella gyorsabban töltődik fel vagy merül ki, mint a többi cella, ami egyenlőtlenséget okoz. A fenti tényezőkből világosan látszik, hogy nem tudjuk megakadályozni a sejtek egyensúlyának felbomlását az eljárás során. Tehát az egyetlen megoldás egy olyan külső rendszer használata, amely megköveteli, hogy a sejtek ismét egyensúlyba kerüljenek, miután kiegyensúlyozatlanná váltak. Ezt a rendszert Battery Balancing Systemnek hívják. Hogyan lehet elérni a LiFePo4 akkumulátorcsomag egyensúlyát? Akkumulátorkezelő rendszer (BMS) Általában a LiFePo4 akkumulátorcsomag önmagában nem tudja elérni az akkumulátor kiegyensúlyozását, ez megvalósíthatóakkumulátor menedzsment rendszer(BMS). Az akkumulátor gyártója integrálja az akkumulátor kiegyensúlyozási funkciót és más védelmi funkciókat, mint például a túlfeszültség elleni védelem, az SOC jelző, a túlmelegedés riasztás/védelem stb. ezen a BMS-en. Li-ion akkumulátortöltő kiegyensúlyozó funkcióval Más néven „kiegyensúlyozó akkumulátortöltő”, a töltő egy egyensúlyi funkciót integrál, hogy támogassa a különböző akkumulátorokat, különböző szálszámmal (pl. 1-6S). Még ha akkumulátorában nincs is BMS-kártya, a Li-ion akkumulátort ezzel az akkumulátortöltővel töltheti az egyensúly elérése érdekében. Kiegyensúlyozó tábla Ha kiegyensúlyozott akkumulátortöltőt használ, akkor a töltőt és az akkumulátort is a kiegyensúlyozó kártyához kell csatlakoztatnia úgy, hogy kiválaszt egy adott aljzatot a kiegyensúlyozó kártyáról. Védőáramkör modul (PCM) A PCM kártya egy elektronikus kártya, amely a LiFePo4 akkumulátorcsomaghoz csatlakozik, és fő funkciója az akkumulátor és a felhasználó védelme a meghibásodásoktól. A biztonságos használat érdekében a LiFePo4 akkumulátornak nagyon szigorú feszültségparaméterek mellett kell működnie. Az akkumulátor gyártójától és a kémiától függően ez a feszültségparaméter cellánként 3,2 V lemerült akkumulátorok és 3,65 V cellánként az újratölthető akkumulátorok esetében változik. a PCM kártya figyeli ezeket a feszültségparamétereket, és leválasztja az akkumulátort a terhelésről vagy a töltőről, ha ezeket túllépik. Egyetlen LiFePo4 akkumulátor vagy több párhuzamosan csatlakoztatott LiFePo4 akkumulátor esetén ez könnyen megvalósítható, mert a PCM kártya figyeli az egyes feszültségeket. Ha azonban több akkumulátor van sorba kötve, a PCM kártyának figyelnie kell az egyes akkumulátorok feszültségét. Az akkumulátor kiegyensúlyozásának típusai Különféle akkumulátor-kiegyenlítő algoritmusokat fejlesztettek ki a LiFePo4 akkumulátorcsomaghoz. Az akkumulátorfeszültség és az SOC alapján passzív és aktív akkumulátor-kiegyenlítési módszerekre oszlik. Passzív akkumulátor kiegyensúlyozás A passzív akkumulátor-kiegyenlítő technika ellenálló elemeken keresztül választja el a felesleges töltést a teljesen feltöltött LiFePo4 akkumulátortól, és minden cellát a legalacsonyabb LiFePo4 akkumulátor töltöttséghez hasonló töltést biztosít. Ez a technika megbízhatóbb és kevesebb alkatrészt használ, így csökken a rendszer összköltsége. A technológia azonban csökkenti a rendszer hatékonyságát, mivel az energia hő formájában disszipálódik, ami energiaveszteséget generál. Ezért ez a technológia alacsony fogyasztású alkalmazásokhoz alkalmas. Aktív akkumulátor kiegyensúlyozás Az aktív töltéskiegyenlítés megoldást jelent a LiFePo4 akkumulátorokkal kapcsolatos kihívásokra. Az aktív cellakiegyenlítési technika kisüti a nagyobb energiájú LiFePo4 akkumulátor töltését, és átadja az alacsonyabb energiájú LiFePo4 akkumulátornak. A passzív cellakiegyenlítő technológiához képest ez a technika energiát takarít meg a LiFePo4 akkumulátormodulban, ezáltal növeli a rendszer hatékonyságát, és kevesebb időre van szükség a LiFePo4 akkumulátorcsomag cellák közötti egyensúlyozáshoz, ami nagyobb töltőáramot tesz lehetővé. Még akkor is, ha a LiFePo4 akkumulátor csomag nyugalomban van, még a tökéletesen illeszkedő LiFePo4 akkumulátorok is különböző sebességgel veszítenek töltésükből, mivel az önkisülés sebessége a hőmérsékleti gradienstől függően változik: az akkumulátor hőmérsékletének 10 °C-os növekedése már megduplázza az önkisülés sebességét. . Az aktív töltéskiegyenlítés azonban visszaállíthatja a sejtek egyensúlyát, még akkor is, ha nyugalomban vannak. Ennek a technikának azonban összetett áramkörei vannak, ami növeli a rendszer teljes költségét. Ezért az aktív cellakiegyenlítés alkalmas nagy teljesítményű alkalmazásokhoz. Különféle aktív kiegyenlítő áramköri topológiák vannak besorolva az energiatároló komponensek szerint, például kondenzátorok, induktorok/transzformátorok és elektronikus átalakítók. Összességében az aktív akkumulátor-kezelő rendszer csökkenti a LiFePo4 akkumulátorcsomag összköltségét, mivel nincs szükség a cellák túlméretezésére, hogy kompenzálja a LiFePo4 akkumulátorok szétszóródását és egyenetlen öregedését. Az aktív akkumulátorkezelés kritikussá válik, ha a régi cellákat új cellákkal cserélik ki, és jelentős eltérések mutatkoznak a LiFePo4 akkumulátorcsomagon belül. Mivel az aktív akkumulátor-felügyeleti rendszerek lehetővé teszik nagy paraméterváltozatú cellák beépítését a LiFePo4 akkumulátorcsomagokba, a termelési hozam nő, míg a garanciális és karbantartási költségek csökkennek. Ezért az aktív akkumulátor-felügyeleti rendszerek javítják az akkumulátorcsomag teljesítményét, megbízhatóságát és biztonságát, miközben hozzájárulnak a költségek csökkentéséhez. Összefoglalni A cellafeszültség-drift hatásainak minimalizálása érdekében az egyensúlytalanságokat megfelelően mérsékelni kell. Minden kiegyenlítő megoldás célja, hogy lehetővé tegye a LiFePo4 akkumulátorcsomag számára, hogy a tervezett teljesítményszinten működjön, és növelje a rendelkezésre álló kapacitását. Az akkumulátor kiegyensúlyozása nem csak a teljesítmény javítása ésaz akkumulátorok életciklusa, biztonsági tényezőt is ad a LiFePo4 akkumulátorcsomaghoz. Az egyik feltörekvő technológia az akkumulátor biztonságának javítására és az akkumulátor élettartamának meghosszabbítására. Mivel az új akkumulátor-kiegyenlítő technológia nyomon követi az egyes LiFePo4 cellákhoz szükséges kiegyensúlyozás mértékét, meghosszabbítja a LiFePo4 akkumulátorcsomag élettartamát és javítja az akkumulátor általános biztonságát.