Kaip elementų balansavimas prailgina LifePo4 baterijos veikimo laiką?

Kai prietaisams reikia ilgalaikio ir didelio našumoLifePo4 baterija, jie turi subalansuoti kiekvieną ląstelę. Kodėl LifePo4 akumuliatorių paketą reikia subalansuoti? „LifePo4“ akumuliatoriams būdingos įvairios charakteristikos, pvz., viršįtampis, žema įtampa, perkrovimo ir iškrovimo srovė, terminis nutekėjimas ir akumuliatoriaus įtampos disbalansas. Vienas iš svarbiausių veiksnių yra elementų disbalansas, dėl kurio laikui bėgant keičiasi kiekvienos pakuotės elemento įtampa ir taip greitai sumažėja akumuliatoriaus talpa. Kai LifePo4 akumuliatoriaus paketas skirtas naudoti kelis elementus nuosekliai, svarbu sukurti elektrines charakteristikas, kad būtų nuosekliai subalansuota elementų įtampa. Tai ne tik dėl akumuliatoriaus veikimo, bet ir siekiant optimizuoti jo gyvavimo ciklą. Doktrinos poreikis yra tas, kad akumuliatoriaus balansavimas vyksta prieš ir po akumuliatoriaus pastatymo ir turi būti atliekamas per visą akumuliatoriaus gyvavimo ciklą, kad būtų išlaikytas optimalus akumuliatoriaus veikimas! Akumuliatoriaus balansavimo naudojimas leidžia sukurti didesnės talpos baterijas pritaikymams, nes balansavimas leidžia akumuliatoriui pasiekti aukštesnę įkrovimo būseną (SOC). Galite įsivaizduoti, kad jungiate daugybę LifePo4 Cell įrenginių nuosekliai, tarsi trauktumėte roges su daugybe kinkinių šunų. Rogutes galima traukti maksimaliai efektyviai, jei visi rogių šunys bėga vienodu greičiu. Su keturiais kinkiniais šunimis, jei vienas rogių šuo bėga lėtai, kiti trys kinkiniai šunys taip pat turi sumažinti greitį, taip sumažinant efektyvumą, o jei vienas rogių šuo bėga greičiau, jis trauks kitų trijų roginių šunų krovinį ir žaloja save. Todėl, kai keli LifePo4 elementai yra sujungti nuosekliai, visų elementų įtampos vertės turi būti vienodos, kad būtų galima gauti efektyvesnį LifePo4 akumuliatorių. Nominali LifePo4 baterija yra tik apie 3,2 V, betnamų energijos kaupimo sistemos, nešiojamieji maitinimo šaltiniai, pramoniniai, telekomunikacijų, elektrinių transporto priemonių ir mikrotinklo programos, mums reikia daug didesnės nei vardinė įtampa. Pastaraisiais metais įkraunamos LifePo4 baterijos vaidino labai svarbų vaidmenį baterijose ir energijos kaupimo sistemose dėl savo lengvo svorio, didelio energijos tankio, ilgo veikimo, didelės talpos, greito įkrovimo, žemo savaiminio išsikrovimo lygio ir ekologiškumo. Elementų balansavimas užtikrina, kad kiekvieno LifePo4 elemento įtampa ir talpa būtų vienodo lygio, kitaip LiFePo4 baterijos veikimo diapazonas ir tarnavimo laikas labai sumažės, o akumuliatoriaus veikimas pablogės! Todėl LifePo4 elementų balansas yra vienas iš svarbiausių faktorių, lemiančių akumuliatoriaus kokybę. Eksploatacijos metu atsiras nedidelis įtampos tarpas, bet mes galime išlaikyti jį priimtiname diapazone naudodami elementų balansavimą. Balansavimo metu didesnės talpos elementai patiria visą įkrovimo/iškrovimo ciklą. Be ląstelių balansavimo ląstelė su lėčiausiu pajėgumu yra silpnoji vieta. Ląstelių balansavimas yra viena iš pagrindinių BMS funkcijų, kartu su temperatūros stebėjimu, įkrovimu ir kitomis funkcijomis, kurios padeda maksimaliai prailginti pakuotės tarnavimo laiką. Kitos akumuliatoriaus balansavimo priežastys: LifePo4 akumuliatoriaus pcak nepilnas energijos suvartojimas Labiausiai tikėtina, kad sugersite daugiau srovės, nei skirta akumuliatoriui, arba akumuliatoriaus trumpasis atjungimas sukels ankstyvą akumuliatoriaus gedimą. Kai išsikrauna LifePo4 akumuliatorius, silpnesni elementai išsikrauna greičiau nei sveiki, o mažiausią įtampą jie pasieks greičiau nei kiti elementai. Kai elementas pasiekia minimalią įtampą, visas akumuliatoriaus blokas taip pat atjungiamas nuo apkrovos. Dėl to lieka nepanaudota akumuliatoriaus energijos talpa. Ląstelių degradacija Kai LifePo4 ląstelė įkraunama net šiek tiek daugiau, nei siūloma, jos efektyvumas ir ląstelės gyvavimo procesas sumažėja. Pavyzdžiui, šiek tiek padidinus įkrovimo įtampą nuo 3,2 V iki 3,25 V, akumuliatorius suges greičiau 30%. Taigi, jei elementų balansavimas nėra tikslus, taip pat nedidelis perkrovimas sumažins akumuliatoriaus veikimo laiką. Neužbaigtas elementų paketo įkrovimas „LifePo4“ baterijos apmokestinamos nuolatine srove nuo 0,5 iki 1,0 tarifų. „LifePo4“ akumuliatoriaus įtampa didėja, kai įkrovimas baigiasi, kai visiškai apmokestinama, o po to sumažėja. Pagalvokite apie tris ląsteles su atitinkamai 85 Ah, 86 Ah ir 87 Ah ir 100 procentų SoC, o po to visos ląstelės bus išleidžiamos ir jų SoC sumažėja. Galite greitai sužinoti, kad 1 ląstelė pirmoji išsenka energija, nes ji turi mažiausią pajėgumą. Kai maitinimas tiekiamas elementų paketams, o per elementus teka tas pats, 1 elementas vėl pakimba viso įkrovimo metu ir gali būti laikomas visiškai įkrautu, nes kiti du elementai yra visiškai įkrauti. Tai reiškia, kad 1 ląstelės turi sumažintą kulometrinį efektyvumą (CE) dėl ląstelės savaiminio įkaitimo, dėl kurio atsiranda ląstelių nelygybė. Terminis pabėgimas Pats baisiausias dalykas, kuris gali įvykti, yra terminis bėgimas. Kaip mes suprantameličio ląstelėsyra labai jautrūs perkrovimui ir perkrovimui. 4 elementų pakuotėje, jei vienas elementas yra 3,5 V, o kitas - 3,2 V, įkrovimas tikrai apmokestins visus elementus kartu, nes jie yra nuosekliai, o 3,5 V elemento įtampa bus didesnė nei rekomenduojama, nes įvairios kitas baterijas vis dar reikia įkrauti. Dėl to šiluminis pabėgimas, kai vidinės šilumos generavimo kaina viršija šilumos išsiskyrimo greitį. Dėl to LifePo4 akumuliatoriaus blokas tampa termiškai nevaldomas. Kas sukelia elementų išbalansavimą akumuliatorių paketuose? Dabar mes suprantame, kodėl labai svarbu, kad visi elementai būtų subalansuoti akumuliatoriaus pakete. Tačiau norėdami tinkamai išspręsti problemą, turėtume žinoti, kodėl ląstelės yra nesubalansuotos. Kaip buvo pasakyta anksčiau, kai baterijų blokas sukuriamas nuosekliai dedant elementus, užtikrinama, kad visi elementai išliktų vienodų įtampos lygių. Taigi naujos baterijos elementai visada bus subalansuoti. Tačiau pradėjus naudoti pakuotę, ląstelės išsibalansuoja dėl atitinkamų veiksnių. SOC neatitikimas Ląstelės SOC matavimas yra sudėtingas; todėl labai sudėtinga išmatuoti konkrečių baterijos elementų SOC. Optimalus elementų harmonizavimo metodas turėtų atitikti to paties SOC elementus, o ne lygiai tokius pačius įtampos (OCV) laipsnius. Tačiau kadangi gaminant pakuotę beveik neįmanoma, kad elementai būtų suderinti tik pagal įtampos sąlygas, SOC variantas laikui bėgant gali pakeisti OCV. Vidaus atsparumo variantas Labai sunku rasti tos pačios vidinės varžos (IR) elementus, o senstant baterijai papildomai keičiasi ir elemento IR, todėl baterijų pakete ne visi elementai turės tą patį IR. Kaip suprantame, IR padidina vidinį ląstelės nejautrumą, kuris lemia srovės srautą per ląstelę. Kadangi IR keičiasi, srovė per elementą ir jos įtampa taip pat skiriasi. Temperatūros lygis Ląstelės atsiskaitymo ir išleidimo galimybės taip pat priklauso nuo ją supančios temperatūros. Dideliame akumuliatoriaus pakete, pvz., EV ar saulės baterijų blokuose, elementai yra paskirstyti atliekų zonoje, o pačios pakuotės temperatūra gali skirtis, todėl vienas elementas įkraunamas arba išsikrauna greičiau nei likę elementai, todėl atsiranda nelygybė. Iš minėtų veiksnių aišku, kad negalime užkirsti kelio ląstelėms išbalansuoti visos procedūros metu. Taigi, vienintelė priemonė yra naudoti išorinę sistemą, kuri reikalauja, kad ląstelės vėl susibalansuotų po to, kai jos išsibalansuotų. Ši sistema vadinama baterijų balansavimo sistema. Kaip pasiekti LiFePo4 akumuliatoriaus paketo balansą? Akumuliatoriaus valdymo sistema (BMS) Paprastai LiFePo4 akumuliatorių blokas negali pasiekti baterijos balanso pats, tai galima pasiekti naudojantakumuliatoriaus valdymo sistema(BMS). Akumuliatoriaus gamintojas į šią BMS plokštę integruos akumuliatoriaus balansavimo funkciją ir kitas apsaugos funkcijas, tokias kaip apsauga nuo įkrovimo virš įtampos, SOC indikatorius, per didelės temperatūros signalizacija/apsauga ir kt. Ličio jonų akumuliatoriaus įkroviklis su balansavimo funkcija Taip pat žinomas kaip „balansinis akumuliatoriaus įkroviklis“, įkroviklyje integruota balanso funkcija, skirta įvairioms baterijoms su skirtingu eilučių skaičiumi palaikyti (pvz., 1–6S). Net jei jūsų akumuliatoriuje nėra BMS plokštės, ličio jonų akumuliatorių galite įkrauti šiuo akumuliatoriaus įkrovikliu, kad pasiektumėte balansą. Balansavimo lenta Kai naudojate subalansuotą akumuliatoriaus įkroviklį, taip pat turite prijungti įkroviklį ir akumuliatorių prie balansavimo plokštės, pasirinkdami konkretų lizdą iš balansavimo plokštės. Apsaugos grandinės modulis (PCM) PCM plokštė yra elektroninė plokštė, kuri yra prijungta prie LiFePo4 akumuliatoriaus bloko ir jos pagrindinė funkcija yra apsaugoti akumuliatorių ir vartotoją nuo gedimų. Siekiant užtikrinti saugų naudojimą, LiFePo4 baterija turi veikti pagal labai griežtus įtampos parametrus. Priklausomai nuo baterijos gamintojo ir chemijos, šis įtampos parametras svyruoja nuo 3,2 V viename elemente išsikrovusiems akumuliatoriams ir 3,65 V elementui įkraunamiems akumuliatoriams. PCM plokštė stebi šiuos įtampos parametrus ir atjungia akumuliatorių nuo apkrovos arba įkroviklio, jei jie viršijami. Vieną LiFePo4 bateriją arba kelias LiFePo4 baterijas, prijungtas lygiagrečiai, tai padaryti nesunku, nes PCM plokštė stebi atskiras įtampas. Tačiau kai nuosekliai prijungiamos kelios baterijos, PCM plokštė turi stebėti kiekvienos baterijos įtampą. Baterijų balansavimo tipai LiFePo4 akumuliatorių paketui buvo sukurti įvairūs baterijų balansavimo algoritmai. Jis skirstomas į pasyvų ir aktyvų akumuliatoriaus balansavimo metodus, pagrįstus akumuliatoriaus įtampa ir SOC. Pasyvus akumuliatoriaus balansavimas Pasyvus akumuliatoriaus balansavimo metodas atskiria perteklinį įkrovą nuo visiškai įkrautos LiFePo4 akumuliatoriaus per varžinius elementus ir suteikia visoms ląstelėms panašų įkrovimą kaip mažiausią LiFePo4 akumuliatoriaus įkrovą. Ši technika yra patikimesnė ir naudoja mažiau komponentų, todėl sumažėja bendra sistemos kaina. Tačiau ši technologija sumažina sistemos efektyvumą, nes energija yra išsklaidoma šilumos pavidalu, dėl kurio susidaro energijos nuostoliai. Todėl ši technologija tinka mažos galios programoms. Aktyvus akumuliatoriaus balansavimas Aktyvus įkrovos balansavimas yra problemų, susijusių su LiFePo4 akumuliatoriais, sprendimas. Aktyvaus elementų balansavimo technika iškrauna įkrovą iš didesnės energijos LiFePo4 akumuliatoriaus ir perkelia jį į mažesnės energijos LiFePo4 akumuliatorių. Palyginti su pasyviojo elementų balansavimo technologija, ši technika taupo LiFePo4 akumuliatoriaus modulio energiją, taip padidindama sistemos efektyvumą, o balansavimui tarp LiFePo4 baterijų bloko elementų reikia mažiau laiko, todėl galima gauti didesnes įkrovimo sroves. Net ir tada, kai LiFePo4 akumuliatoriaus blokas yra ramybės būsenoje, net puikiai suderinti LiFePo4 akumuliatoriai praranda įkrovą skirtingu greičiu, nes savaiminio išsikrovimo greitis skiriasi priklausomai nuo temperatūros gradiento: 10°C akumuliatoriaus temperatūros padidėjimas jau dvigubai padidina savaiminio išsikrovimo greitį. . Tačiau aktyvus krūvio balansavimas gali atkurti ląstelių pusiausvyrą, net jei jos yra ramybės būsenoje. Tačiau ši technika turi sudėtingą grandinę, o tai padidina bendrą sistemos kainą. Todėl aktyvus ląstelių balansavimas tinka didelės galios programoms. Yra įvairių aktyvių balansavimo grandinių topologijų, klasifikuojamų pagal energijos kaupimo komponentus, tokius kaip kondensatoriai, induktoriai/transformatoriai ir elektroniniai keitikliai. Apskritai, aktyvi akumuliatoriaus valdymo sistema sumažina bendras LiFePo4 baterijų paketo sąnaudas, nes jai nereikia pernelyg didelių elementų, kad būtų kompensuota LiFePo4 baterijų sklaida ir netolygus senėjimas. Aktyvus akumuliatoriaus valdymas tampa labai svarbus, kai seni elementai pakeičiami naujais, o LiFePo4 akumuliatoriaus paketas labai skiriasi. Kadangi aktyvios baterijų valdymo sistemos leidžia į LiFePo4 baterijų blokus montuoti elementus su dideliais parametrų svyravimais, gamybos išeiga didėja, o garantijos ir priežiūros išlaidos sumažėja. Todėl aktyvios akumuliatoriaus valdymo sistemos pagerina akumuliatoriaus našumą, patikimumą ir saugumą, kartu padeda sumažinti išlaidas. Apibendrinti Siekiant sumažinti elementų įtampos dreifo poveikį, disbalansas turi būti tinkamai sumažintas. Bet kurio balansavimo sprendimo tikslas – leisti LiFePo4 akumuliatorių blokui veikti numatytu našumo lygiu ir padidinti turimą talpą. Baterijų balansavimas yra svarbus ne tik siekiant pagerinti našumą irbaterijų gyvavimo ciklas, jis taip pat papildo LiFePo4 akumuliatoriaus paketą saugos koeficientu. Viena iš naujų technologijų, gerinančių akumuliatoriaus saugumą ir prailginančių baterijos veikimo laiką. Kadangi naujoji akumuliatoriaus balansavimo technologija seka atskirų LiFePo4 elementų balansavimo poreikį, ji prailgina LiFePo4 baterijos tarnavimo laiką ir padidina bendrą akumuliatoriaus saugumą.