Жасуша теңгерімі LifePo4 батарея жинағының қызмет ету мерзімін қалай ұзартады?

Құрылғыларға ұзақ мерзімді, жоғары өнімділік қажет болғандаLifePo4 батарея жинағы, олар әрбір ұяшықты теңестіру керек. Неліктен LifePo4 батарея жинағына батареяны теңдестіру қажет? LifePo4 батареялары асқын кернеу, төмен кернеу, шамадан тыс зарядтау және разряд тогы, термиялық қашу және батарея кернеуінің теңгерімсіздігі сияқты көптеген сипаттамаларға ұшырайды. Ең маңызды факторлардың бірі - ұяшықтардың теңгерімсіздігі, ол уақыт өте келе бумадағы әрбір ұяшықтың кернеуін өзгертеді, осылайша батарея сыйымдылығын тез төмендетеді. LifePo4 батарея жинағы бірнеше ұяшықтарды тізбектей пайдалануға арналған болса, ұяшық кернеулерін дәйекті түрде теңестіру үшін электр сипаттамаларын жобалау маңызды. Бұл тек батарея жинағының өнімділігі үшін ғана емес, сонымен қатар өмірлік циклді оңтайландыру үшін де қажет. Доктринаның қажеттілігі мынада: аккумуляторды теңдестіру батарея құрастырылғанға дейін және кейін жүреді және батареяның оңтайлы өнімділігін сақтау үшін батареяның қызмет ету циклі бойы жасалуы керек! Батареяны теңестіруді пайдалану қолданбалар үшін сыйымдылығы жоғары аккумуляторларды жобалауға мүмкіндік береді, себебі теңгерімдеу батареяның зарядының жоғары күйіне (SOC) қол жеткізуге мүмкіндік береді. Көптеген LifePo4 ұяшықтарын тізбектей қосуды көптеген шана иттерімен шана тартып жатқандай елестете аласыз. Барлық шана иттер бірдей жылдамдықпен жүгірсе ғана шананы максималды тиімділікпен тартуға болады. Төрт шана иттерінде бір шана иті баяу жүгірсе, қалған үш шана иттер де жылдамдығын төмендетуі керек, осылайша тиімділікті төмендетеді, ал егер бір шана иті жылдамырақ жүгірсе, ол қалған үш шана иттерінің жүктерін тартып алады және өзіне зиян келтіру. Сондықтан, бірнеше LifePo4 ұяшықтары тізбектей қосылғанда, тиімдірек LifePo4 батарея жинағын алу үшін барлық ұяшықтардың кернеу мәндері бірдей болуы керек. Номиналды LifePo4 батареясы бар болғаны 3,2 В шамасында бағаланған, бірақ ішіндеүйдегі энергияны сақтау жүйелері, портативті қуат көздері, өнеркәсіптік, телекоммуникациялар, электрлік көліктер және микроторды қолданбалар үшін бізге номиналды кернеуден әлдеқайда жоғары қажет. Соңғы жылдары қайта зарядталатын LifePo4 батареялары жеңіл салмағы, жоғары энергия тығыздығы, ұзақ қызмет ету мерзімі, жоғары сыйымдылығы, жылдам зарядталуы, өздігінен разряд деңгейінің төмендігі және қоршаған ортаға зиянсыздығы арқасында қуат батареялары мен энергия сақтау жүйелерінде маңызды рөл атқарды. Ұяшықтарды теңдестіру әрбір LifePo4 ұяшығының кернеуі мен сыйымдылығының бірдей деңгейде болуын қамтамасыз етеді, әйтпесе LiFePo4 батарея жинағының ауқымы мен қызмет ету мерзімі айтарлықтай қысқарады және батарея өнімділігі нашарлайды! Сондықтан LifePo4 ұяшық балансы батареяның сапасын анықтаудағы маңызды факторлардың бірі болып табылады. Жұмыс кезінде аздап кернеу саңылаулары пайда болады, бірақ біз оны ұяшықтарды теңестіру арқылы қолайлы диапазонда сақтай аламыз. Теңдестіру кезінде сыйымдылығы жоғары ұяшықтар толық зарядтау/разряд циклінен өтеді. Жасуша теңгерімі болмаса, сыйымдылығы ең баяу ұяшық әлсіз нүкте болып табылады. Ұяшықтарды теңдестіру температураны бақылау, зарядтау және пакеттің қызмет ету мерзімін ұзартуға көмектесетін басқа функциялармен бірге BMS негізгі функцияларының бірі болып табылады. Батареяны теңестірудің басқа себептері: LifePo4 батареясы толық емес энергияны пайдалану Батареяға есептелгеннен көбірек ток сіңіру немесе батареяны тұйықтау батареяның мерзімінен бұрын істен шығуына әкелуі мүмкін. LifePo4 батарея жинағы зарядсызданып жатқанда, әлсіз ұяшықтар сау жасушаларға қарағанда тезірек зарядсызданады және олар басқа ұяшықтарға қарағанда ең төменгі кернеуге тезірек жетеді. Ұяшық ең төменгі кернеуге жеткенде, бүкіл батарея жинағы да жүктемеден ажыратылады. Бұл батарея жинағы энергиясының пайдаланылмаған сыйымдылығына әкеледі. Жасушаның деградациясы LifePo4 ұяшығы ұсынылған шамасынан сәл асып кетсе де, оның тиімділігі де, өмір сүру процесі де азаяды. Мысал ретінде зарядтау кернеуінің 3,2 В-тан 3,25 В-қа дейін шамалы жоғарылауы аккумуляторды 30%-ға тезірек бұзады. Сондықтан ұяшықтарды теңдестіру дәл болмаса, шамалы шамадан тыс зарядтау да батареяның қызмет ету мерзімін қысқартады. Ұяшық жинағының толық емес зарядталуы LifePo4 батареялары 0,5 және 1,0 тарифтер арасындағы үздіксіз токпен есептелінеді. LifePo4 аккумуляторының кернеуі жоғарылайды, өйткені зарядтау толығымен төленгеннен кейін төмендейді. Сәйкесінше 85 Ah, 86 Ah және 87 Ah және 100% SoC бар үш ұяшық туралы ойланыңыз, содан кейін барлық ұяшықтар босатылады, сонымен қатар олардың SoC азаяды. Сіз 1-ұяшықта энергияның ең төмен мүмкіндігі болған жағдайда бірінші болып таусылатынын тез білуге ​​болады. Қуат ұяшықтар қаптамаларына қосылғанда, сондай-ақ бірдей бар ұяшықтар арқылы ағып жатқанда, 1-ұяшық зарядтау кезінде қайтадан ілініп тұрады және басқа екі ұяшық толығымен зарядталғандықтан толық зарядталған деп санауға болады. Бұл ұяшықтар теңсіздігіне әкелетін жасушаның өзін-өзі жылытуына байланысты 1-ұяшықтардың кулонометриялық тиімділігі (CE) төмендегенін білдіреді. Термиялық қашу Орын алуы мүмкін ең қорқынышты нүкте - термиялық қашу. Түсінгеніміздейлитий жасушаларышамадан тыс зарядтауға және шамадан тыс зарядсыздандыруға өте сезімтал. 4 ұяшықтан тұратын қаптамада бір ұяшық 3,5 В, ал басқалары 3,2 В болса, заряд барлық ұяшықтарды бірге есептейді, өйткені олар сериялы, сонымен қатар ол 3,5 В ұяшыққа ұсынылған кернеуден жоғары болады, өйткені әртүрлі басқа батареяларды әлі де зарядтау қажет. Бұл ішкі жылу шығару бағасы жылыну шығаруға болатын жылдамдықтан асып кетсе, бұл термиялық шығынға әкеледі. Бұл LifePo4 батарея жинағының термиялық бақылаусыз болуына әкеледі. Батарея жинақтарында ұяшықтың теңгерімсіздігі қандай триггерлер болып табылады? Енді біз батарея жинағындағы барлық ұяшықтарды теңгерімді ұстаудың неліктен маңызды екенін түсінеміз. Мәселені дұрыс шешу үшін біз жасушалардың неліктен теңгерімсіз екенін білуіміз керек. Жоғарыда айтылғандай, ұяшықтарды тізбектей орналастыру арқылы батарея жинағы жасалғанда, барлық ұяшықтардың бірдей кернеу деңгейлерінде қалуына көз жеткізу керек. Осылайша, жаңа батареялар жинағында әрқашан теңдестірілген ұяшықтар болады. Дегенмен, қаптаманы пайдалануға берген кезде, факторларға сәйкес жасушалар тепе-теңдіктен шығады. SOC сәйкес келмеуі Ұяшықтың SOC-ын өлшеу күрделі; сондықтан батареядағы нақты ұяшықтардың SOC-ын өлшеу өте күрделі. Оңтайлы ұяшықтарды үйлестіру әдісі бірдей кернеу (OCV) дәрежелерінің орнына бірдей SOC ұяшықтарына сәйкес келуі керек. Бірақ қаптаманы жасау кезінде ұяшықтарды тек кернеу шарттарында сәйкестендіру мүмкін емес дерлік болғандықтан, SOC-тағы нұсқа уақытында OCV-де модификацияға әкелуі мүмкін. Ішкі қарсылық нұсқасы Ішкі кедергісі (IR) бірдей ұяшықтарды табу өте қиын және батареяның жасына қарай ұяшықтың IR қосымша өзгереді, сондықтан батарея жинағында барлық ұяшықтарда бірдей IR болмайды. Түсінуіміздей, ИК ұяшық арқылы өтетін ток ағынын анықтайтын жасушаның ішкі сезімталдығын қосады. ИҚ әртүрлі болғандықтан, ұяшық арқылы өтетін ток, сонымен қатар оның кернеуі де әртүрлі болады. Температура деңгейі Жасушаның есеп айырысу және босату қабілеті оның айналасындағы температураға да байланысты. EV немесе күн массивтері сияқты маңызды аккумулятор жинағында ұяшықтар қалдық аймаққа таратылады және орамның өзінде температура айырмашылығы болуы мүмкін, бұл теңсіздікті тудыратын қалған ұяшықтарға қарағанда тезірек зарядтау немесе зарядтау үшін бір ұяшықты жасайды. Жоғарыда келтірілген факторлардан біз барлық процедура барысында жасушалардың теңгерімсіздігінің алдын ала алмайтынымыз анық. Осылайша, жалғыз құрал - жасушалардың теңгерімсіз болғаннан кейін қайтадан теңгерілуін талап ететін сыртқы жүйені пайдалану. Бұл жүйе аккумуляторды теңдестіру жүйесі деп аталады. LiFePo4 батарея жинағының теңгеріміне қалай қол жеткізуге болады? Батареяны басқару жүйесі (BMS) Әдетте LiFePo4 батарея жинағы аккумуляторды теңдестіруге өздігінен қол жеткізе алмайды, оған қол жеткізуге боладыбатареяны басқару жүйесі(BMS). Батарея өндірушісі батареяны теңестіру функциясын және кернеуден жоғары зарядтан қорғау, SOC көрсеткіші, жоғары температура дабылы/қорғау және т.б. сияқты басқа қорғаныс функцияларын осы BMS тақтасында біріктіреді. Теңдестіру функциясы бар литий-ионды аккумулятор зарядтағыш Сондай-ақ, «батареяны баланстық зарядтау құрылғысы» ретінде белгілі зарядтағыш әртүрлі жолдар санымен (мысалы, 1~6S) әртүрлі батареяларды қолдау үшін теңгерім функциясын біріктіреді. Батареяңызда BMS тақтасы болмаса да, теңгерімге қол жеткізу үшін литий-ионды батареяны осы батарея зарядтағышымен зарядтауға болады. Теңгерім тақтасы Теңгерімделген аккумуляторды зарядтағышты пайдаланған кезде, тепе-теңдік тақтасынан арнайы розетка таңдау арқылы зарядтағыш пен аккумуляторды теңдестіру тақтасына қосу керек. Қорғаныс тізбегінің модулі (PCM) PCM тақтасы LiFePo4 аккумулятор жинағына қосылған электрондық тақта болып табылады және оның негізгі қызметі аккумулятор мен пайдаланушыны ақаулықтан қорғау болып табылады. Қауіпсіз пайдалануды қамтамасыз ету үшін LiFePo4 батареясы өте қатаң кернеу параметрлерінде жұмыс істеуі керек. Батарея өндірушісі мен химиясына байланысты бұл кернеу параметрі зарядсызданған батареялар үшін ұяшыққа 3,2 В және қайта зарядталатын батареялар үшін ұяшыққа 3,65 В арасында өзгереді. PCM тақтасы осы кернеу параметрлерін бақылайды және олар асып кетсе, батареяны жүктемеден немесе зарядтағыштан ажыратады. Бір LiFePo4 батареясы немесе бірнеше LiFePo4 батареялары параллель қосылған жағдайда, бұл оңай орындалады, өйткені PCM тақтасы жеке кернеулерді бақылайды. Дегенмен, бірнеше батареялар тізбектей қосылғанда, PCM тақтасы әрбір батареяның кернеуін бақылауы керек. Батареяны теңдестіру түрлері LiFePo4 батарея жинағы үшін әртүрлі аккумуляторды теңдестіру алгоритмдері әзірленді. Ол аккумулятордың кернеуі мен SOC негізінде пассивті және белсенді аккумуляторды теңдестіру әдістеріне бөлінеді. Пассивті аккумуляторды теңдестіру Пассивті аккумуляторды теңдестіру әдісі артық зарядты толық қуатталған LiFePo4 батареясынан резистивті элементтер арқылы ажыратады және барлық ұяшықтарға ең төменгі LiFePo4 батарея зарядына ұқсас заряд береді. Бұл әдіс сенімдірек және аз құрамдас бөліктерді пайдаланады, осылайша жүйенің жалпы құнын төмендетеді. Дегенмен, технология жүйенің тиімділігін төмендетеді, өйткені энергия энергияны жоғалтуды тудыратын жылу түрінде бөлінеді. Сондықтан бұл технология төмен қуатты қолданбалар үшін қолайлы. Белсенді батареяны теңдестіру Белсенді зарядты теңдестіру LiFePo4 батареяларымен байланысты қиындықтардың шешімі болып табылады. Белсенді ұяшықтарды теңестіру техникасы зарядты жоғары қуатты LiFePo4 батареясынан босатады және оны энергиясы төмен LiFePo4 батареясына тасымалдайды. Пассивті ұяшықтарды теңдестіру технологиясымен салыстырғанда, бұл әдіс LiFePo4 батарея модуліндегі энергияны үнемдейді, осылайша жүйенің тиімділігін арттырады және LiFePo4 батарея жинағы ұяшықтары арасындағы тепе-теңдік үшін аз уақытты қажет етеді, бұл жоғары зарядтау токтарына мүмкіндік береді. Тіпті LiFePo4 батарея жинағы тыныштықта болса да, тіпті тамаша сәйкес келетін LiFePo4 батареялары да әртүрлі жылдамдықпен зарядты жоғалтады, себебі өздігінен разряд жылдамдығы температура градиентіне байланысты өзгереді: батарея температурасының 10°C жоғарылауы өздігінен зарядсыздану жылдамдығын екі есе арттырады. . Дегенмен, белсенді зарядты теңдестіру жасушаларды, тіпті тыныштықта болса да, тепе-теңдік қалпына келтіре алады. Дегенмен, бұл техниканың күрделі схемасы бар, бұл жалпы жүйенің құнын арттырады. Сондықтан белсенді ұяшықтарды теңестіру жоғары қуатты қолданбалар үшін қолайлы. Конденсаторлар, индукторлар/трансформаторлар және электронды түрлендіргіштер сияқты энергияны сақтау құрамдастарына сәйкес жіктелген әр түрлі белсенді теңгерімдеуші тізбек топологиялары бар. Жалпы алғанда, белсенді аккумуляторды басқару жүйесі LiFePo4 батарея жинағының жалпы құнын төмендетеді, себебі ол LiFePo4 батареялары арасындағы дисперсия мен біркелкі емес қартаюды өтеу үшін ұяшықтарды шамадан тыс ұлғайтуды қажет етпейді. Ескі ұяшықтар жаңа ұяшықтармен ауыстырылғанда және LiFePo4 батарея жинағында айтарлықтай өзгерістер болған кезде батареяны белсенді басқару маңызды болады. Белсенді аккумуляторды басқару жүйелері LiFePo4 батарея жинақтарында үлкен параметрлері бар ұяшықтарды орнатуға мүмкіндік беретіндіктен, кепілдік және техникалық қызмет көрсету шығындары төмендеген кезде өнім өнімділігі артады. Сондықтан батареяларды басқарудың белсенді жүйелері батарея жинағының өнімділігіне, сенімділігіне және қауіпсіздігіне пайда әкеледі, сонымен бірге шығындарды азайтуға көмектеседі. Қорытындылау Ұяшық кернеуінің ауытқуының әсерін азайту үшін теңгерімсіздіктерді дұрыс реттеу керек. Кез келген теңдестіру шешімінің мақсаты LiFePo4 батарея жинағына оның жоспарланған өнімділік деңгейінде жұмыс істеуіне және оның қол жетімді сыйымдылығын кеңейтуге мүмкіндік беру болып табылады. Батареяны теңдестіру өнімділікті жақсарту үшін ғана маңызды емесбатареялардың өмірлік циклі, ол сондай-ақ LiFePo4батарея жинағына қауіпсіздік факторын қосады. Батарея қауіпсіздігін жақсартуға және батареяның қызмет ету мерзімін ұзартуға арналған жаңа технологиялардың бірі. Жаңа аккумуляторды теңдестіру технологиясы жеке LiFePo4 ұяшықтары үшін қажетті теңгерімдеу мөлшерін қадағалайтындықтан, ол LiFePo4 батарея жинағының қызмет ету мерзімін ұзартады және батареяның жалпы қауіпсіздігін арттырады.