デバイスに長期にわたる高性能が必要な場合LifePo4 バッテリー パック、各細胞のバランスをとる必要があります。 
LifePo4 バッテリー パックにバッテリー バランスが必要な理由は何ですか? LifePo4 バッテリーは、過電圧、不足電圧、過充電および放電電流、熱暴走、バッテリー電圧の不均衡など、多くの特性の影響を受けます。最も重要な要因の 1 つはセルの不均衡です。これにより、時間の経過とともにパック内の各セルの電圧が変化し、バッテリ容量が急速に低下します。 LifePo4 バッテリー パックが複数のセルを直列で使用するように設計されている場合、セル電圧のバランスが一貫して保たれるように電気特性を設計することが重要です。これはバッテリーパックの性能だけでなく、ライフサイクルを最適化するためでもあります。必要な原則は、バッテリーのバランス調整はバッテリーの製造前と製造後に行われ、最適なバッテリー性能を維持するためにバッテリーのライフサイクル全体にわたって実行する必要があるということです。 バッテリーバランスを使用すると、バッテリーがより高い充電状態 (SOC) を達成できるため、アプリケーションに合わせてより高い容量のバッテリーを設計できます。多くの LifePo4 セル ユニットを直列に接続することは、あたかも多数のそり犬でそりを引いているかのように想像できます。すべてのそり犬が同じ速度で走っている場合にのみ、そりを最大効率で引くことができます。 4 頭のそり犬の場合、1 頭のそり犬がゆっくり走ると、他の 3 頭のそり犬も速度を落とす必要があり、効率が低下します。また、1 頭のそり犬が速く走ると、他の 3 頭のそり犬の荷物を引っ張ることになり、自分自身を傷つける。したがって、複数の LifePo4 セルが直列に接続されている場合、より効率的な LifePo4 バッテリー パックを得るには、すべてのセルの電圧値が等しくなる必要があります。 
LifePo4 バッテリーの公称定格はわずか約 3.2V ですが、家庭用エネルギー貯蔵システム、ポータブル電源、産業用、通信、電気自動車、マイクログリッドのアプリケーションでは、公称電圧よりもはるかに高い電圧が必要です。近年、充電式LifePo4バッテリーは、軽量、高エネルギー密度、長寿命、高容量、急速充電、低い自己放電レベル、環境への優しさにより、パワーバッテリーやエネルギー貯蔵システムにおいて重要な役割を果たしています。セルバランスにより、各 LifePo4 セルの電圧と容量が同じレベルになります。そうでないと、LiFePo4 バッテリー パックの航続距離と寿命が大幅に短縮され、バッテリーの性能が低下します。したがって、LifePo4 のセルバランスは、バッテリーの品質を決定する最も重要な要素の 1 つです。動作中は若干の電圧ギャップが発生しますが、セルバランスにより許容範囲内に収めることができます。 バランス中、高容量セルは完全な充電/放電サイクルを実行します。セルバランシングを行わないと、容量が最も遅いセルが弱点となります。セルバランスは、温度監視、充電、およびパック寿命を最大化するのに役立つその他の機能と並んで、BMS の中核機能の 1 つです。 バッテリーバランスが崩れるその他の理由： LifePo4 バッテリー PCAK の不完全なエネルギー使用 バッテリーが設計されているよりも多くの電流を吸収したり、バッテリーがショートしたりすると、バッテリーの早期故障が発生する可能性が最も高くなります。 LifePo4 バッテリー パックが放電しているとき、弱いセルは正常なセルよりも早く放電し、他のセルよりも早く最低電圧に達します。セルが最小電圧に達すると、バッテリーパック全体も負荷から切り離されます。これにより、バッテリ パックのエネルギー容量が未使用になります。 細胞の分解 LifePo4 セルが、推奨される有効性を少しでも超えて過充電されると、セルの寿命プロセスも短縮されます。一例として、充電電圧が 3.2V から 3.25V にわずかに上昇すると、バッテリーの劣化が 30% 早くなります。そのため、セルバランスが正確でないと、軽度の過充電によってバッテリーの寿命が短くなります。 セルパックの充電が不完全 LifePo4 バッテリーは、0.5 から 1.0 の間の連続電流で請求されます。 LifePo4 のバッテリー電圧は充電が進むにつれて上昇し、充電が完了すると最高点に達し、その後低下します。それぞれ 85 Ah、86 Ah、87 Ah で 100 パーセントの SoC を備えた 3 つのセルについて考えてみましょう。その後、すべてのセルが解放され、SoC も減少します。セル 1 の能力が最も低いため、セル 1 が最初にエネルギーを使い果たすことになることがすぐにわかります。 電力がセルパックに投入されると同時に、まったく同じ電流がセルを介して流れると、再びセル 1 は充電中に停滞し、他の 2 つのセルが完全に充電されると完全に充電されるとみなされる可能性があります。これは、セルの不平等をもたらすセルの自己発熱により、セル 1 の電量効率 (CE) が低下することを意味します。 熱暴走 最も恐ろしいのは熱暴走です。私たちが理解しているようにリチウム電池過充電だけでなく過放電にも非常に敏感です。 4 つのセルのパックで、1 つのセルが 3.5 V で、他のセルが 3.2 V である場合、それらは直列であるため、確実にすべてのセルに料金が請求されます。また、3.5 V セルには推奨電圧よりも高い電圧が請求されます。他のバッテリーはまだ充電する必要があります。これにより、内部発熱の価格が熱を放出できる速度を超えると、熱暴走が発生します。これにより、LifePo4 バッテリー パックが熱的に制御されなくなります。 バッテリーパックのセルバランスが崩れる原因は何ですか? これで、バッテリー パック内のすべてのセルのバランスを保つことが重要である理由がわかりました。しかし、問題に適切に対処するには、セルのバランスが崩れる理由を直接知る必要があります。前に述べたように、セルを直列に配置してバッテリー パックを作成する場合、すべてのセルがまったく同じ電圧レベルに保たれることが保証されます。したがって、新しいバッテリーパックには常に実際にバランスのとれたセルが含まれています。しかし、パックが使用されるにつれて、さまざまな要因により細胞のバランスが崩れます。 SOC の不一致 セルの SOC の測定は複雑です。したがって、バッテリー内の特定のセルの SOC を測定することは非常に複雑です。最適なセル調和方法では、まったく同じ電圧 (OCV) 度ではなく、同じ SOC のセルを一致させる必要があります。しかし、パックを作成するときにセルが電圧条件のみで一致することはほとんど不可能であるため、SOC の変動により、やがて OCV が変更される可能性があります。 内部抵抗のバリエーション 同じ内部抵抗 (IR) のセルを見つけることは非常に困難であり、バッテリーが古くなると、セルの IR もさらに変化するため、バッテリー パック内のすべてのセルが同じ IR を持つわけではありません。私たちが理解しているように、IR はセルの内部の非感受性を高め、セルを流れる電流を決定します。 IRが変化するため、セルを流れる電流とその電圧も異なります。 温度レベル セルの充電および解放能力は、セル周囲の温度にも依存します。 EV や太陽電池アレイなどの重要なバッテリー パックでは、セルが無駄な領域に分散されており、パック自体の間に温度差があり、1 つのセルが残りのセルよりも速く充電または放電され、不均衡が生じる可能性があります。 上記の要因から、手順全体を通じて細胞のバランスが崩れるのを防ぐことができないことは明らかです。したがって、唯一の解決策は、細胞のバランスが崩れた後に再びバランスをとることを要求する外部システムを利用することです。このシステムはバッテリーバランシングシステムと呼ばれます。 
LiFePo4 バッテリー パックのバランスを実現するにはどうすればよいですか? バッテリー管理システム (BMS) 一般に、LiFePo4 バッテリー パックはそれ自体でバッテリー バランスを実現できません。バッテリー管理システム(BMS)。バッテリーメーカーは、バッテリーバランス機能と、充電過電圧保護、SOCインジケーター、過熱アラーム/保護などの他の保護機能をこのBMSボードに統合します。 バランス機能付きリチウムイオン充電器 「バランスバッテリー充電器」とも呼ばれるこの充電器には、異なる弦数（1 ～ 6S など）の異なるバッテリーをサポートするバランス機能が統合されています。バッテリーに BMS ボードがない場合でも、このバッテリー充電器でリチウムイオンバッテリーを充電してバランスをとることができます。 バランシングボード バランス型バッテリー充電器を使用する場合は、バランシング ボードから特定のソケットを選択して、充電器とバッテリーをバランシング ボードに接続する必要もあります。 保護回路モジュール(PCM) PCM ボードは、LiFePo4 バッテリー パックに接続される電子ボードであり、その主な機能はバッテリーとユーザーを誤動作から保護することです。 安全な使用を保証するために、LiFePo4 バッテリーは非常に厳密な電圧パラメーターの下で動作する必要があります。この電圧パラメーターは、バッテリーのメーカーと化学薬品に応じて、放電したバッテリーの場合は 1 セルあたり 3.2 V から、充電式バッテリーの場合は 1 セルあたり 3.65 V の間で変化します。 PCM ボードはこれらの電圧パラメータを監視し、これらの電圧パラメータを超えた場合にバッテリを負荷または充電器から切断します。 単一の LiFePo4 バッテリーまたは並列接続された複数の LiFePo4 バッテリーの場合、PCM ボードが個々の電圧を監視するため、これは簡単に実現できます。ただし、複数のバッテリーが直列に接続されている場合、PCM ボードは各バッテリーの電圧を監視する必要があります。 バッテリーバランス調整の種類 LiFePo4 バッテリー パック用にさまざまなバッテリー バランシング アルゴリズムが開発されています。これは、バッテリー電圧と SOC に基づいてパッシブおよびアクティブなバッテリー バランシング方法に分けられます。 
パッシブバッテリーバランス調整 パッシブ バッテリー バランシング技術は、完全に通電された LiFePo4 バッテリーから抵抗素子を介して過剰な電荷を分離し、すべてのセルに LiFePo4 バッテリーの最低充電量と同様の充電量を与えます。この手法は信頼性が高く、使用するコンポーネントが少ないため、システム全体のコストが削減されます。ただし、この技術では、エネルギーが熱の形で放散され、エネルギー損失が発生するため、システムの効率が低下します。したがって、この技術は低電力アプリケーションに適しています。 
アクティブなバッテリーバランシング アクティブ充電バランシングは、LiFePo4 バッテリーに関連する課題の解決策です。アクティブ セル バランシング技術は、高エネルギーの LiFePo4 バッテリーから電荷を放電し、低エネルギーの LiFePo4 バッテリーに転送します。パッシブセルバランシング技術と比較して、この技術は LiFePo4 バッテリモジュールのエネルギーを節約するため、システムの効率が向上し、LiFePo4 バッテリパックセル間のバランスを取るのに必要な時間が短縮され、より高い充電電流が可能になります。 LiFePo4 バッテリー パックが停止している場合でも、完全に適合した LiFePo4 バッテリーであっても、自己放電率は温度勾配によって変化するため、さまざまな率で充電が失われます。バッテリー温度が 10°C 上昇すると、自己放電率はすでに 2 倍になります。 。ただし、アクティブな電荷平衡化により、セルが静止している場合でも平衡状態に戻すことができます。ただし、この技術には複雑な回路が含まれているため、システム全体のコストが増加します。したがって、アクティブ セル バランシングは高電力アプリケーションに適しています。コンデンサ、インダクタ/トランス、電子コンバータなどのエネルギー貯蔵コンポーネントに応じて分類されたさまざまなアクティブ バランシング回路トポロジがあります。 全体として、アクティブ バッテリー管理システムは、LiFePo4 バッテリー間のばらつきや不均一な経年劣化を補償するためにセルを大型化する必要がないため、LiFePo4 バッテリー パックの全体的なコストを削減します。古いセルが新しいセルに交換され、LiFePo4 バッテリ パック内で大きなばらつきが生じる場合、アクティブなバッテリ管理が重要になります。アクティブなバッテリー管理システムにより、パラメーターの変動が大きいセルを LiFePo4 バッテリー パックに取り付けることができるため、生産歩留まりが向上し、保証とメンテナンスのコストが削減されます。したがって、アクティブなバッテリ管理システムは、バッテリ パックのパフォーマンス、信頼性、安全性に利益をもたらすと同時に、コストの削減にも役立ちます。 要約する セル電圧ドリフトの影響を最小限に抑えるには、不均衡を適切に緩和する必要があります。バランス ソリューションの目標は、LiFePo4 バッテリー パックが意図したパフォーマンス レベルで動作し、利用可能な容量を拡張できるようにすることです。 バッテリーのバランスは、パフォーマンスを向上させるために重要であるだけでなく、バッテリーのライフサイクル、LiFePo4バッテリーパックに安全係数も追加されます。バッテリーの安全性を向上させ、バッテリー寿命を延ばすための新しいテクノロジーの 1 つ。新しいバッテリーバランス技術は、個々の LiFePo4 セルに必要なバランス量を追跡するため、LiFePo4 バッテリー パックの寿命を延ばし、バッテリー全体の安全性を高めます。
投稿日時: 2024 年 5 月 8 日