In che modo il bilanciamento delle celle prolunga la durata della batteria LifePo4？

Quando i dispositivi necessitano di una lunga durata e ad alte prestazioniPacco batteria LifePo4, devono bilanciare ciascuna cella. Perché il pacco batteria LifePo4 necessita di bilanciamento della batteria? Le batterie LifePo4 sono soggette a molte caratteristiche come sovratensione, sottotensione, corrente di sovraccarico e scarica, fuga termica e squilibrio di tensione della batteria. Uno dei fattori più importanti è lo squilibrio delle celle, che modifica nel tempo la tensione di ciascuna cella del pacco, riducendo così rapidamente la capacità della batteria. Quando il pacco batteria LifePo4 è progettato per utilizzare più celle in serie, è importante progettare le caratteristiche elettriche per bilanciare costantemente le tensioni delle celle. Questo non serve solo per le prestazioni del pacco batteria, ma anche per ottimizzarne il ciclo di vita. La necessità della dottrina è che il bilanciamento della batteria avvenga prima e dopo la sua costruzione e debba essere effettuato durante tutto il ciclo di vita della batteria per mantenere prestazioni ottimali della batteria! L'uso del bilanciamento della batteria ci consente di progettare batterie con capacità maggiore per applicazioni perché il bilanciamento consente alla batteria di raggiungere uno stato di carica (SOC) più elevato. Puoi immaginare di collegare molte unità LifePo4 Cell in serie come se stessi trainando una slitta con molti cani da slitta. La slitta può essere trainata con la massima efficienza solo se tutti i cani corrono alla stessa velocità. Con quattro cani da slitta, se un cane da slitta corre lentamente, anche gli altri tre cani da slitta devono ridurre la loro velocità, riducendo così l'efficienza, e se un cane da slitta corre più veloce, finirà per trascinare il carico degli altri tre cani da slitta e ferendosi. Pertanto, quando più celle LifePo4 sono collegate in serie, i valori di tensione di tutte le celle dovrebbero essere uguali per ottenere un pacco batteria LifePo4 più efficiente. La batteria nominale LifePo4 ha una tensione nominale di soli 3,2 V circa, ma insistemi di accumulo energetico domestico, alimentatori portatili, applicazioni industriali, delle telecomunicazioni, dei veicoli elettrici e delle microreti, abbiamo bisogno di una tensione molto superiore a quella nominale. Negli ultimi anni, le batterie ricaricabili LifePo4 hanno svolto un ruolo fondamentale nelle batterie di alimentazione e nei sistemi di accumulo dell'energia grazie alla loro leggerezza, elevata densità di energia, lunga durata, elevata capacità, ricarica rapida, bassi livelli di autoscarica e rispetto dell'ambiente. Il bilanciamento delle celle garantisce che la tensione e la capacità di ciascuna cella LifePo4 siano allo stesso livello, altrimenti la portata e la durata della batteria LiFePo4 saranno notevolmente ridotte e le prestazioni della batteria saranno ridotte! Pertanto, il bilanciamento delle celle LifePo4 è uno dei fattori più importanti nel determinare la qualità della batteria. Durante il funzionamento si verificherà un piccolo intervallo di tensione, ma possiamo mantenerlo entro un intervallo accettabile mediante il bilanciamento delle celle. Durante il bilanciamento, le celle di capacità maggiore subiscono un ciclo completo di carica/scarica. Senza bilanciamento delle celle, la cella con la capacità più lenta rappresenta un punto debole. Il bilanciamento delle celle è una delle funzioni principali del BMS, insieme al monitoraggio della temperatura, alla ricarica e ad altre funzioni che aiutano a massimizzare la durata della batteria. Altri motivi per il bilanciamento della batteria: Utilizzo energetico incompleto del pacco batteria LifePo4 L'assorbimento di una quantità di corrente superiore a quella per cui la batteria è stata progettata o il cortocircuito della batteria hanno maggiori probabilità di causare un guasto prematuro della batteria. Quando un pacco batteria LifePo4 si sta scaricando, le celle più deboli si scaricheranno più velocemente delle celle sane e raggiungeranno la tensione minima più velocemente delle altre celle. Quando una cella raggiunge la tensione minima, anche l'intero pacco batteria viene scollegato dal carico. Ciò si traduce in una capacità inutilizzata di energia del pacco batteria. Degradazione cellulare Quando una cella LifePo4 viene sovraccaricata anche leggermente oltre il suo valore suggerito, l'efficacia e anche il processo di vita della cella si riducono. Ad esempio, un lieve aumento della tensione di carica da 3,2 V a 3,25 V causerà la rottura della batteria più velocemente del 30%. Pertanto, se il bilanciamento delle celle non è accurato, anche un lieve sovraccarico ridurrà la durata della batteria. Carica incompleta di un pacco di celle Le batterie LifePo4 vengono fatturate con una corrente continua compresa tra 0,5 e 1,0. La tensione della batteria LifePo4 aumenta man mano che la ricarica procede fino a raggiungere il culmine quando è completamente carica, per poi diminuire di conseguenza. Pensa a tre celle rispettivamente con 85 Ah, 86 Ah e 87 Ah e SoC al 100%, e tutte le celle vengono successivamente rilasciate e anche il loro SoC diminuisce. Puoi scoprire rapidamente che la cella 1 finisce per essere la prima a rimanere senza energia poiché ha la capacità più bassa. Quando l'alimentazione viene fornita ai pacchi di celle e la stessa corrente scorre attraverso le celle, ancora una volta, la cella 1 resta indietro durante la ricarica e può essere considerata completamente carica mentre le altre due celle sono completamente cariche. Ciò significa che le celle 1 hanno un'efficacia coulometrica (CE) ridotta a causa dell'autoriscaldamento della cella che si traduce in una disuguaglianza cellulare. Fuga termica La cosa più terribile che può accadere è la fuga termica. Come abbiamo capitocelle al litiosono molto sensibili al sovraccarico e allo scaricamento eccessivo. In un pacchetto di 4 celle, se una cella è a 3,5 V mentre le altre sono a 3,2 V, la carica fatturerà sicuramente tutte le celle insieme perché sono in serie e inoltre fatturerà la cella da 3,5 V a una tensione maggiore di quella consigliata perché le varie altre batterie devono ancora essere ricaricate. Ciò porta a un'instabilità termica quando il prezzo della generazione di calore interno supera la velocità con cui il calore può essere rilasciato. Ciò fa sì che la batteria LifePo4 diventi termicamente incontrollata. Quali fattori scatenano lo sbilanciamento delle celle nei pacchi batteria? Ora capiamo perché è essenziale mantenere tutte le celle bilanciate in un pacco batteria. Tuttavia, per affrontare il problema in modo appropriato dovremmo sapere in prima persona perché le cellule si sbilanciano. Come detto in precedenza, quando viene creato un pacco batteria posizionando le celle in serie, ci si assicura che tutte le celle rimangano agli stessi livelli di tensione. Quindi una batteria nuova avrà sempre celle effettivamente bilanciate. Tuttavia, quando il pacchetto viene utilizzato, le cellule perdono l'equilibrio a causa dei fattori di aderenza. Discrepanza del SOC Misurare il SOC di una cellula è complicato; quindi è molto complicato misurare il SOC di celle specifiche in una batteria. Un metodo di armonizzazione ottimale delle celle dovrebbe far corrispondere le celle dello stesso SOC invece che degli stessi gradi di tensione (OCV). Ma poiché è quasi impossibile che le celle vengano abbinate solo in termini di tensione quando si crea un pacco, la variante in SOC potrebbe comportare a tempo debito una modifica in OCV. Variante di resistenza interna È estremamente difficile trovare celle con la stessa resistenza interna (IR) e man mano che la batteria invecchia, anche l'IR della cella viene alterato e quindi in un pacco batteria non tutte le celle avranno lo stesso IR. Come abbiamo capito, l'IR aumenta l'insensibilità interna della cellula che determina il flusso di corrente attraverso una cellula. Poiché l'IR viene variato, la corrente attraverso la cella e anche la sua tensione diventano diverse. Livello di temperatura La capacità di fatturazione e rilascio della cella dipende anche dalla temperatura circostante. In un pacco batteria importante come nei veicoli elettrici o nei pannelli solari, le celle sono distribuite su un'area dispersa e potrebbe esserci una differenza di temperatura nel pacco stesso che fa sì che una cella si carichi o scarichi più velocemente delle celle rimanenti causando una disuguaglianza. Dai fattori di cui sopra, è chiaro che non possiamo impedire che le cellule si sbilancino durante tutta la procedura. Quindi, l'unico rimedio è utilizzare un sistema esterno che richieda che le cellule si riequilibrino dopo essersi sbilanciate. Questo sistema è chiamato Battery Balancing System. Come ottenere il bilanciamento del pacco batteria LiFePo4? Sistema di gestione della batteria (BMS) Generalmente il pacco batteria LiFePo4 non è in grado di raggiungere il bilanciamento della batteria da solo, ma può essere ottenuto tramitesistema di gestione della batteria(BMS). Il produttore della batteria integrerà la funzione di bilanciamento della batteria e altre funzioni di protezione come protezione da sovratensione di carica, indicatore SOC, allarme/protezione da sovratemperatura, ecc. su questa scheda BMS. Caricabatterie agli ioni di litio con funzione di bilanciamento Conosciuto anche come “caricabatterie di bilanciamento”, il caricabatterie integra una funzione di bilanciamento per supportare batterie diverse con diversi conteggi di stringhe (ad esempio 1~6S). Anche se la tua batteria non dispone di una scheda BMS, puoi caricare la tua batteria agli ioni di litio con questo caricabatterie per ottenere il bilanciamento. Tavola di bilanciamento Quando utilizzi un caricabatteria bilanciato, devi anche collegare il caricabatterie e la tua batteria alla scheda di bilanciamento selezionando una presa specifica dalla scheda di bilanciamento. Modulo del circuito di protezione (PCM) La scheda PCM è una scheda elettronica collegata al pacco batteria LiFePo4 e la sua funzione principale è quella di proteggere la batteria e l'utente da malfunzionamenti. Per garantire un utilizzo sicuro, la batteria LiFePo4 deve funzionare con parametri di tensione molto rigidi. A seconda del produttore e della chimica della batteria, questo parametro di tensione varia tra 3,2 V per cella per batterie scariche e 3,65 V per cella per batterie ricaricabili. la scheda PCM monitora questi parametri di tensione e scollega la batteria dal carico o dal caricabatterie se vengono superati. Nel caso di una singola batteria LiFePo4 o di più batterie LiFePo4 collegate in parallelo, ciò è facilmente realizzabile perché la scheda PCM monitora le singole tensioni. Tuttavia, quando più batterie sono collegate in serie, la scheda PCM deve monitorare la tensione di ciascuna batteria. Tipi di bilanciamento della batteria Sono stati sviluppati vari algoritmi di bilanciamento della batteria per il pacco batteria LiFePo4. È suddiviso in metodi di bilanciamento della batteria passivo e attivo in base alla tensione della batteria e al SOC. Bilanciamento passivo della batteria La tecnica di bilanciamento passivo della batteria separa la carica in eccesso da una batteria LiFePo4 completamente energizzata attraverso elementi resistivi e fornisce a tutte le celle una carica simile alla carica più bassa della batteria LiFePo4. Questa tecnica è più affidabile e utilizza meno componenti, riducendo così il costo complessivo del sistema. Tuttavia, la tecnologia riduce l’efficienza del sistema poiché l’energia viene dissipata sotto forma di calore che genera perdite di energia. Pertanto, questa tecnologia è adatta per applicazioni a bassa potenza. Bilanciamento attivo della batteria Il bilanciamento attivo della carica è una soluzione alle sfide associate alle batterie LiFePo4. La tecnica di bilanciamento attivo delle celle scarica la carica dalla batteria LiFePo4 a maggiore energia e la trasferisce alla batteria LiFePo4 a minore energia. Rispetto alla tecnologia di bilanciamento passivo delle celle, questa tecnica consente di risparmiare energia nel modulo batteria LiFePo4, aumentando così l'efficienza del sistema, e richiede meno tempo per bilanciare le celle del pacco batteria LiFePo4, consentendo correnti di carica più elevate. Anche quando la batteria LiFePo4 è a riposo, anche le batterie LiFePo4 perfettamente abbinate si scaricano a velocità diverse perché la velocità di autoscarica varia a seconda del gradiente di temperatura: un aumento della temperatura della batteria di 10°C raddoppia già la velocità di autoscarica . Tuttavia, il bilanciamento attivo della carica può ripristinare l’equilibrio delle cellule, anche se sono a riposo. Tuttavia, questa tecnica ha circuiti complessi, che aumentano il costo complessivo del sistema. Pertanto, il bilanciamento attivo delle celle è adatto per applicazioni ad alta potenza. Esistono varie topologie di circuiti di bilanciamento attivi classificate in base ai componenti di accumulo dell'energia, come condensatori, induttori/trasformatori e convertitori elettronici. Nel complesso, il sistema di gestione attiva della batteria riduce il costo complessivo del pacco batterie LiFePo4 perché non richiede il sovradimensionamento delle celle per compensare la dispersione e l'invecchiamento irregolare tra le batterie LiFePo4. La gestione attiva della batteria diventa fondamentale quando le vecchie celle vengono sostituite con nuove celle e si verificano variazioni significative all'interno del pacco batteria LiFePo4. Poiché i sistemi di gestione attiva della batteria consentono di installare celle con grandi variazioni di parametri nei pacchi batteria LiFePo4, i rendimenti di produzione aumentano mentre diminuiscono i costi di garanzia e manutenzione. Pertanto, i sistemi di gestione attiva della batteria migliorano le prestazioni, l’affidabilità e la sicurezza del pacco batteria, contribuendo al tempo stesso a ridurre i costi. Riassumere Per minimizzare gli effetti della deriva della tensione cellulare, gli squilibri devono essere opportunamente moderati. L'obiettivo di qualsiasi soluzione di bilanciamento è consentire alla batteria LiFePo4 di funzionare al livello di prestazioni previsto e di estendere la sua capacità disponibile. Il bilanciamento della batteria non è importante solo per migliorare le prestazioni eciclo di vita delle batterie, aggiunge anche un fattore di sicurezza alla batteria LiFePo4. Una delle tecnologie emergenti per migliorare la sicurezza della batteria e prolungarne la durata. Poiché la nuova tecnologia di bilanciamento della batteria tiene traccia della quantità di bilanciamento richiesto per le singole celle LiFePo4, prolunga la durata del pacco batteria LiFePo4 e migliora la sicurezza generale della batteria.