כיצד איזון תאים מאריך את חיי חבילת הסוללה LifePo4？

כאשר מכשירים צריכים ביצועים גבוהים לאורך זמןערכת סוללות LifePo4, הם צריכים לאזן כל תא. מדוע ערכת הסוללות LifePo4 זקוקה לאיזון סוללה? סוללות LifePo4 כפופות למאפיינים רבים כגון מתח יתר, תת-מתח, זרם טעינה ופריקה, בריחת תרמית וחוסר איזון מתח הסוללה. אחד הגורמים החשובים ביותר הוא חוסר איזון בתאים, אשר משנה את המתח של כל תא בחבילה לאורך זמן, ובכך מפחית במהירות את קיבולת הסוללה. כאשר ערכת הסוללות LifePo4 מתוכננת להשתמש במספר תאים בסדרה, חשוב לתכנן את המאפיינים החשמליים כדי לאזן באופן עקבי את מתחי התא. זה לא רק בשביל הביצועים של ערכת הסוללות, אלא גם כדי לייעל את מחזור החיים. הצורך בדוקטרינה הוא שאיזון הסוללה מתרחש לפני ואחרי בניית הסוללה וחייב להתבצע לאורך כל מחזור החיים של הסוללה על מנת לשמור על ביצועי סוללה מיטביים! השימוש באיזון סוללות מאפשר לנו לתכנן סוללות בעלות קיבולת גבוהה יותר עבור יישומים מכיוון שהאיזון מאפשר לסוללה להגיע למצב טעינה גבוה יותר (SOC). אתה יכול לדמיין חיבור של יחידות LifePo4 Cell רבות בסדרה כאילו אתה מושך מזחלת עם כלבי מזחלות רבים. ניתן למשוך את המזחלת ביעילות מירבית רק אם כל כלבי המזחלת רצים באותה מהירות. עם ארבעה כלבי מזחלות, אם כלב מזחלות אחד רץ לאט, אז גם שלושת כלבי המזחלות האחרים חייבים להפחית את מהירותם, ובכך להפחית את היעילות, ואם כלב מזחלת אחד רץ מהר יותר, הוא בסופו של דבר ימשוך את העומס של שלושת כלבי המזחלות האחרים. פוגע בעצמו. לכן, כאשר מספר תאי LifePo4 מחוברים בסדרה, ערכי המתח של כל התאים צריכים להיות שווים על מנת לקבל ערכת סוללות LifePo4 יעילה יותר. סוללת LifePo4 הנומינלית מדורגת בכ-3.2V בלבד, אך בפניםמערכות אחסון אנרגיה ביתיות, ספקי כוח ניידים, יישומי תעשייה, טלקום, רכב חשמלי ומיקרו-רשת, אנחנו צריכים הרבה יותר גבוה מהמתח הנומינלי. בשנים האחרונות, סוללות LifePo4 נטענות מילאו תפקיד קריטי בסוללות חשמל ומערכות אחסון אנרגיה בשל משקלן הקל, צפיפות האנרגיה הגבוהה, אורך החיים הארוך, הקיבולת הגבוהה, הטעינה המהירה, רמות הפריקה העצמית הנמוכות והידידותיות לסביבה. איזון תאים מבטיח שהמתח והקיבולת של כל תא LifePo4 יהיו באותה רמה, אחרת, הטווח ואורך החיים של ערכת הסוללות LiFePo4 יצטמצמו מאוד, וביצועי הסוללה ייפגעו! לכן, איזון תאי LifePo4 הוא אחד הגורמים החשובים ביותר בקביעת איכות הסוללה. במהלך הפעולה, יופיע פער מתח קטן, אך אנו יכולים לשמור אותו בטווח מקובל באמצעות איזון תאים. במהלך האיזון, התאים בעלי הקיבולת הגבוהה יותר עוברים מחזור טעינה/פריקה מלא. ללא איזון התא, התא בעל הקיבולת האיטית ביותר הוא נקודת תורפה. איזון תאים הוא אחת מתפקידי הליבה של ה-BMS, יחד עם ניטור טמפרטורה, טעינה ופונקציות אחרות המסייעות למקסם את חיי האריזה. סיבות נוספות לאיזון הסוללה: סוללת LifePo4 pcak שימוש לא שלם באנרגיה קליטת יותר זרם ממה שהסוללה מיועדת או קיצור הסוללה עלולים לגרום לכשל בטרם עת של הסוללה. כאשר ערכת סוללות LifePo4 מתרוקנת, תאים חלשים יותר יתפרקו מהר יותר מאשר תאים בריאים, והם יגיעו למתח מינימלי מהר יותר מאשר תאים אחרים. כאשר תא מגיע למתח מינימלי, גם ערכת הסוללות כולה מנותקת מהעומס. זה גורם לקיבולת בלתי מנוצלת של אנרגיית סוללות. פירוק תאים כאשר תא LifePo4 מוטען יתר על המידה אפילו מעט מעל הערך המוצע שלו, היעילות וגם תהליך החיים של התא מצטמצם. כדוגמה, עלייה מינורית במתח הטעינה מ-3.2V ל-3.25V תפרק את הסוללה מהר יותר ב-30%. אז אם איזון התא אינו מדויק גם טעינת יתר קלה תקטין את זמן חיי הסוללה. טעינה לא מלאה של חבילת סלולר סוללות LifePo4 מחויבות בזרם רציף של בין 0.5 ל-1.0 תעריפים. מתח הסוללה LifePo4 עולה ככל שהטעינה ממשיכה להגיע לראש כאשר מחויבת במלואה לאחר שהיא נופלת. תחשוב על שלושה תאים עם 85 Ah, 86 Ah ו-87 Ah בהתאמה ו-100 אחוז SoC, וכל התאים משתחררים לאחר מכן וגם ה-SoC שלהם יורד. אתה יכול לגלות במהירות שתא 1 בסופו של דבר הוא הראשון שנגמר לו האנרגיה בהתחשב בכך שיש לו את היכולת הנמוכה ביותר. כאשר מופעל חשמל על חבילות התאים, כמו גם אותו קיים זורם דרך התאים, שוב, תא 1 נתקע לאחור במהלך הטעינה ועשוי להילקח בחשבון טעון מלא מכיוון ששני התאים האחרים טעונים לחלוטין. המשמעות היא שלתאים 1 יש אפקטיביות קולומטרית מופחתת (CE) עקב החימום העצמי של התא שגורם לאי שוויון בתאים. בריחת תרמית הנקודה הנוראה ביותר שיכולה להתרחש היא בריחה תרמית. כפי שאנו מביניםתאי ליתיוםרגישים מאוד לטעינת יתר וגם לפריקת יתר. בחבילה של 4 תאים אם תא אחד הוא 3.5 וולט בעוד שהשניים הם 3.2 וולט, הטעינה בוודאי תחייב את כל התאים יחד כי הם בטור וגם הוא יחייב את תא ה-3.5 וולט למתח גבוה מהמתח המומלץ מכיוון שהמגוון סוללות אחרות עדיין זקוקות לטעינה. הדבר מוביל לבריחה תרמית כאשר המחיר של ייצור חום פנימי עולה על הקצב שבו ניתן לשחרר את החם. הדבר גורם לחבילת הסוללות LifePo4 להיות בלתי מבוקרת מבחינה תרמית. מה הטריגרים הוא חוסר איזון התא בחבילות סוללות? כעת אנו מבינים מדוע חשוב לשמור על איזון כל התאים בחבילת סוללות. עם זאת, כדי לטפל בבעיה כראוי, עלינו לדעת מדוע התאים אינם מאוזנים ממקור ראשון. כפי שנאמר קודם לכן, כאשר ערכת סוללות נוצרת על ידי הצבת התאים בסדרה, מוודאים שכל התאים נשארים באותן רמות מתח. כך שלחבילת סוללות טרייה תמיד יהיו למעשה תאים מאוזנים. עם זאת, כאשר החבילה נכנסת לשימוש, התאים יוצאים מאיזון בגלל ההתאמה לגורמים. אי התאמה של SOC מדידת SOC של תא היא מסובכת; לכן זה מאוד מסובך לאמוד את ה-SOC של תאים ספציפיים בסוללה. שיטת הרמוניה אופטימלית של תאים צריכה להתאים לתאים של אותו SOC במקום לאותן מעלות בדיוק (OCV). אבל מכיוון שכמעט לא אפשרי תאים מתאימים רק במונחי מתח בעת יצירת חבילה, הגרסה ב-SOC עשויה לגרום לשינוי ב-OCV בבוא העת. גרסת התנגדות פנימית קשה מאוד למצוא תאים בעלי אותה התנגדות פנימית (IR) וככל שהסוללה מתבגרת, ה-IR של התא משתנה בנוסף, ולכן בחבילת סוללות לא לכל התאים יהיה אותו IR. כפי שאנו מבינים, ה-IR מוסיף לחוסר הרגישות הפנימי של התא שקובע את הזרם הזרם דרך התא. בגלל שה-IR משתנה הזרם דרך התא וגם המתח שלו משתנה. רמת טמפרטורה יכולת החיוב והשחרור של התא תלויה גם בטמפרטורה סביבו. בחבילת סוללות משמעותית כמו ב-EVs או מערכים סולאריים, התאים מפוזרים על פני אזור פסולת וייתכן שיש הבדל טמפרטורה בין החבילה עצמה שיוצר תא אחד להיטען או לפרוק מהר יותר מהתאים הנותרים מה שגורם לאי שוויון. מהגורמים לעיל, ברור שאיננו יכולים למנוע מהתאים להגיע לחוסר איזון לאורך ההליך. לכן, התרופה היחידה היא לעשות שימוש במערכת חיצונית המחייבת את התאים להתאזן שוב לאחר שהם לא מאוזנים. מערכת זו נקראת מערכת איזון הסוללות. כיצד להשיג איזון ערכת סוללות LiFePo4? מערכת ניהול סוללות (BMS) בדרך כלל ערכת סוללות LiFePo4 לא יכולה להשיג איזון סוללה בעצמה, היא יכולה להיות מושגת על ידימערכת ניהול סוללות(BMS). יצרן הסוללה ישלב בלוח BMS זה את פונקציית איזון הסוללה ופונקציות הגנה אחרות כגון הגנת טעינת מתח, מחוון SOC, אזעקה/הגנה על טמפרטורת יתר וכו'. מטען סוללות Li-ion עם פונקציית איזון הידוע גם בשם "מטען סוללות איזון", המטען משלב פונקציית איזון לתמיכה בסוללות שונות עם ספירות מחרוזות שונות (למשל 1~6S). גם אם לסוללה שלך אין לוח BMS, אתה יכול לטעון את סוללת ה-Li-ion שלך עם מטען הסוללות הזה כדי להשיג איזון. לוח איזון כאשר אתה משתמש במטען סוללה מאוזן, עליך גם לחבר את המטען והסוללה שלך ללוח האיזון על ידי בחירת שקע ספציפי מלוח האיזון. מודול מעגל הגנה (PCM) לוח ה-PCM הוא לוח אלקטרוני המחובר למארז הסוללות LiFePo4 ותפקידו העיקרי הוא להגן על הסוללה והמשתמש מפני תקלה. כדי להבטיח שימוש בטוח, סוללת LiFePo4 חייבת לפעול תחת פרמטרי מתח קפדניים מאוד. בהתאם ליצרן הסוללה ולכימיה, פרמטר מתח זה משתנה בין 3.2 וולט לתא עבור סוללות פרוקות ו-3.65 וולט לתא עבור סוללות נטענות. לוח ה-PCM עוקב אחר פרמטרי המתח הללו ומנתק את הסוללה מהעומס או מהמטען אם חריגה מהם. במקרה של סוללת LiFePo4 בודדת או סוללות LiFePo4 מרובות המחוברות במקביל, הדבר נעשה בקלות מכיוון שלוח ה-PCM מנטר את המתחים הבודדים. עם זאת, כאשר מספר סוללות מחוברות בסדרה, לוח ה-PCM חייב לפקח על המתח של כל סוללה. סוגי איזון סוללה אלגוריתמים שונים של איזון סוללות פותחו עבור ערכת הסוללות LiFePo4. הוא מחולק לשיטות איזון סוללות פסיביות ואקטיביות המבוססות על מתח הסוללה ו-SOC. איזון סוללה פסיבי טכניקת איזון הסוללה הפסיבית מפרידה את הטעינה העודפת מסוללת LiFePo4 עם אנרגיה מלאה באמצעות אלמנטים התנגדות ומעניקה לכל התאים טעינה דומה לטעינת הסוללה LiFePo4 הנמוכה ביותר. טכניקה זו אמינה יותר ומשתמשת בפחות רכיבים, ובכך מפחיתה את עלות המערכת הכוללת. עם זאת, הטכנולוגיה מפחיתה את יעילות המערכת מכיוון שהאנרגיה מתפזרת בצורה של חום שיוצר אובדן אנרגיה. לכן, טכנולוגיה זו מתאימה ליישומים בהספק נמוך. איזון סוללה אקטיבי איזון מטען אקטיבי הוא פתרון לאתגרים הקשורים לסוללות LiFePo4. טכניקת איזון התאים האקטיבית מפרקת את המטען מסוללת LiFePo4 באנרגיה גבוהה יותר ומעבירה אותו לסוללת LiFePo4 באנרגיה נמוכה יותר. בהשוואה לטכנולוגיית איזון תאים פסיבי, טכניקה זו חוסכת אנרגיה במודול הסוללה LiFePo4, ובכך מגבירה את יעילות המערכת, ודורשת פחות זמן לאיזון בין תאי ערכת הסוללות LiFePo4, מה שמאפשר זרמי טעינה גבוהים יותר. גם כאשר ערכת הסוללות LiFePo4 במצב מנוחה, אפילו סוללות LiFePo4 המותאמות בצורה מושלמת מאבדות טעינה בקצבים שונים מכיוון שקצב הפריקה העצמית משתנה בהתאם לשיפוע הטמפרטורה: עלייה של 10 מעלות צלזיוס בטמפרטורת הסוללה כבר מכפילה את קצב הפריקה העצמית. . עם זאת, איזון מטען פעיל יכול להחזיר את התאים לשיווי משקל, גם אם הם במצב מנוחה. עם זאת, לטכניקה זו יש מעגלים מורכבים, מה שמגדיל את עלות המערכת הכוללת. לכן, איזון תאים אקטיבי מתאים ליישומי הספק גבוה. ישנן טופולוגיות שונות של מעגלי איזון פעילים המסווגות לפי רכיבי אחסון אנרגיה, כגון קבלים, משרנים/שנאים וממירים אלקטרוניים. בסך הכל, מערכת ניהול הסוללות האקטיבית מפחיתה את העלות הכוללת של ערכת הסוללות LiFePo4 מכיוון שהיא אינה דורשת גודל יתר של התאים כדי לפצות על פיזור והזדקנות לא אחידה בין סוללות LiFePo4. ניהול סוללה אקטיבי הופך להיות קריטי כאשר תאים ישנים מוחלפים בתאים חדשים ויש שונות משמעותית בתוך ערכת הסוללות LiFePo4. מאחר ומערכות ניהול סוללות אקטיביות מאפשרות להתקין תאים עם וריאציות פרמטרים גדולות בחבילות סוללות LiFePo4, תפוקת הייצור עולה בעוד שעלויות האחריות והתחזוקה יורדות. לכן, מערכות ניהול סוללות אקטיביות מיטיבות עם הביצועים, האמינות והבטיחות של ערכת הסוללות, תוך שהיא מסייעת בהפחתת עלויות. לְסַכֵּם על מנת למזער את ההשפעות של סחף מתח התא, יש למתן את חוסר האיזון כראוי. המטרה של כל פתרון איזון היא לאפשר לחבילת הסוללות LiFePo4 לפעול ברמת הביצועים המיועדת לה ולהרחיב את הקיבולת הזמינה שלה. איזון הסוללה חשוב לא רק לשיפור הביצועים ומחזור חיים של סוללות, הוא גם מוסיף גורם בטיחות לחבילת הסוללות LiFePo4. אחת הטכנולוגיות המתפתחות לשיפור בטיחות הסוללה והארכת חיי הסוללה. מכיוון שטכנולוגיית איזון הסוללה החדשה עוקבת אחר כמות האיזון הנדרשת עבור תאי LiFePo4 בודדים, היא מאריכה את חיי ערכת הסוללות LiFePo4 ומשפרת את בטיחות הסוללה הכוללת.