Gdy urządzenia wymagają długotrwałej i wysokiej wydajnościPakiet baterii LifePo4, muszą zrównoważyć każdą komórkę. 
Dlaczego akumulator LifePo4 wymaga równoważenia akumulatora? Baterie LifePo4 podlegają wielu cechom, takim jak przepięcia, podnapięcia, prądy przeładowania i rozładowania, niestabilność termiczna i niezrównoważenie napięcia baterii. Jednym z najważniejszych czynników jest brak równowagi ogniw, który z biegiem czasu zmienia napięcie każdego ogniwa w pakiecie, szybko zmniejszając pojemność akumulatora. Kiedy zestaw akumulatorów LifePo4 jest zaprojektowany do stosowania wielu ogniw połączonych szeregowo, ważne jest zaprojektowanie charakterystyki elektrycznej w celu spójnego zrównoważenia napięć ogniw. Ma to na celu nie tylko wydajność akumulatora, ale także optymalizację jego cyklu życia. Doktryna jest taka, że równoważenie akumulatora następuje przed i po jego zbudowaniu i musi być wykonywane przez cały cykl życia akumulatora, aby utrzymać optymalną wydajność akumulatora! Zastosowanie równoważenia akumulatorów pozwala nam projektować akumulatory o większej pojemności do zastosowań, ponieważ równoważenie pozwala akumulatorowi osiągnąć wyższy stan naładowania (SOC). Możesz sobie wyobrazić połączenie wielu jednostek LifePo4 Cell szeregowo, tak jakbyś ciągnął sanie z wieloma psami zaprzęgowymi. Sanie można ciągnąć z maksymalną wydajnością tylko wtedy, gdy wszystkie psy zaprzęgowe biegną z tą samą prędkością. W przypadku czterech psów zaprzęgowych, jeśli jeden pies zaprzęgowy biegnie powoli, wówczas pozostałe trzy psy zaprzęgowe również muszą zmniejszyć prędkość, zmniejszając w ten sposób wydajność, a jeśli jeden pies zaprzęgowy będzie biegł szybciej, w efekcie będzie ciągnął ładunek pozostałych trzech psów zaprzęgowych i raniąc siebie. Dlatego w przypadku połączenia szeregowego wielu ogniw LifePo4 wartości napięcia wszystkich ogniw powinny być równe, aby uzyskać bardziej wydajny pakiet akumulatorów LifePo4. 
Nominalna bateria LifePo4 ma napięcie tylko około 3,2 V, ale okdomowe systemy magazynowania energii, przenośnych zasilaczy, zastosowań przemysłowych, telekomunikacyjnych, pojazdów elektrycznych i mikrosieci, potrzebujemy napięcia znacznie wyższego niż nominalne. W ostatnich latach akumulatory LifePo4 odegrały kluczową rolę w akumulatorach zasilających i systemach magazynowania energii ze względu na ich lekkość, wysoką gęstość energii, długą żywotność, dużą pojemność, szybkie ładowanie, niski poziom samorozładowania i przyjazność dla środowiska. Równoważenie ogniw zapewnia, że napięcie i pojemność każdego ogniwa LifePo4 są na tym samym poziomie, w przeciwnym razie zasięg i żywotność pakietu akumulatorów LiFePo4 zostaną znacznie zmniejszone, a wydajność akumulatora ulegnie pogorszeniu! Dlatego równowaga ogniw LifePo4 jest jednym z najważniejszych czynników określających jakość akumulatora. Podczas pracy wystąpi niewielka przerwa napięciowa, ale możemy ją utrzymać w akceptowalnym zakresie poprzez równoważenie ogniw. Podczas równoważenia ogniwa o większej pojemności przechodzą pełny cykl ładowania/rozładowania. Bez równoważenia ogniw ogniwo o najwolniejszej pojemności jest słabym punktem. Równoważenie ogniw to jedna z podstawowych funkcji BMS, wraz z monitorowaniem temperatury, ładowaniem i innymi funkcjami, które pomagają zmaksymalizować żywotność opakowania. Inne powody równoważenia baterii: Bateria LifePo4 pcak niecałkowite zużycie energii Pochłonięcie większego prądu niż jest przeznaczony dla akumulatora lub zwarcie akumulatora najprawdopodobniej spowoduje przedwczesną awarię akumulatora. Kiedy akumulator LifePo4 się rozładowuje, słabsze ogniwa rozładują się szybciej niż zdrowe ogniwa i osiągną minimalne napięcie szybciej niż inne ogniwa. Gdy ogniwo osiągnie napięcie minimalne, cały zestaw akumulatorów również zostaje odłączony od obciążenia. Powoduje to niewykorzystaną pojemność akumulatora. Degradacja komórek Kiedy ogniwo LifePo4 zostanie przeładowane nawet nieco powyżej sugerowanej wartości, efektywność i proces życia ogniwa ulegają skróceniu. Przykładowo niewielki wzrost napięcia ładowania z 3,2 V do 3,25 V spowoduje szybsze uszkodzenie akumulatora o 30%. Jeśli więc równoważenie ogniw nie jest dokładne, również niewielkie przeładowanie zmniejszy żywotność baterii. Niekompletne ładowanie pakietu ogniw Baterie LifePo4 są rozliczane według prądu ciągłego o stawkach od 0,5 do 1,0. Napięcie akumulatora LifePo4 wzrasta w miarę jak ładowanie osiąga punkt krytyczny po całkowitym naliczeniu opłat, po czym spada. Pomyśl o trzech ogniwach odpowiednio o pojemności 85 Ah, 86 Ah i 87 Ah oraz 100% SoC, a wszystkie ogniwa zostaną następnie uwolnione, a ich SoC również spadnie. Możesz szybko dowiedzieć się, że komórka 1 jako pierwsza zabraknie energii, biorąc pod uwagę jej najniższą wydajność. Po włączeniu zasilania pakietów ogniw i tym samym przepływie przez ogniwa, ogniwo 1 ponownie zawiesza się podczas ładowania i można je uznać za w pełni naładowane, ponieważ pozostałe dwa ogniwa są całkowicie naładowane. Oznacza to, że ogniwa 1 mają zmniejszoną skuteczność kulometryczną (CE) z powodu samonagrzewania się ogniwa, co powoduje nierówność ogniw. Ucieczka termiczna Najbardziej okropnym momentem, jaki może mieć miejsce, jest ucieczka termiczna. Jak rozumiemyogniwa litowesą bardzo wrażliwe na przeładowanie i nadmierne rozładowanie. W pakiecie 4 ogniw, jeśli jedno ogniwo ma napięcie 3,5 V, a inne 3,2 V, ładowanie z pewnością obciąży wszystkie ogniwa razem, ponieważ są one połączone szeregowo, a także spowoduje obciążenie ogniwa 3,5 V napięciem wyższym niż zalecane, ponieważ różne inne akumulatory nadal wymagają ładowania. Prowadzi to do niekontrolowanej utraty ciepła, gdy cena wewnętrznego wytwarzania ciepła przekracza szybkość, z jaką ciepło może zostać uwolnione. To powoduje, że pakiet akumulatorów LifePo4 traci kontrolę termiczną. Co powoduje brak równowagi ogniw w zestawach akumulatorowych? Teraz rozumiemy, dlaczego istotne jest utrzymywanie równowagi wszystkich ogniw w zestawie akumulatorowym. Jednak aby właściwie rozwiązać ten problem, powinniśmy wiedzieć z pierwszej ręki, dlaczego komórki uzyskują niezrównoważenie. Jak powiedziano wcześniej, podczas tworzenia zestawu akumulatorów poprzez połączenie ogniw szeregowo upewnia się, że wszystkie ogniwa pozostają na tym samym poziomie napięcia. Zatem nowy akumulator zawsze będzie zawierał rzeczywiście zrównoważone ogniwa. Jednak gdy pakiet jest używany, komórki tracą równowagę z powodu zgodnych czynników. Rozbieżność SOC Pomiar SOC komórki jest skomplikowany; stąd bardzo skomplikowane jest zmierzenie SOC określonych ogniw w akumulatorze. Optymalna metoda harmonizacji ogniw powinna pasować do ogniw o tym samym SOC, a nie o dokładnie tym samym stopniu napięcia (OCV). Ponieważ jednak prawie niemożliwe jest, aby podczas tworzenia pakietu ogniwa były dopasowywane wyłącznie pod względem napięcia, wariant w SOC może w odpowiednim czasie skutkować modyfikacją OCV. Wariant oporu wewnętrznego Niezwykle trudno jest znaleźć ogniwa o tej samej rezystancji wewnętrznej (IR), a wraz z wiekiem baterii IR ogniwa dodatkowo się zmienia, dlatego też w zestawie akumulatorowym nie wszystkie ogniwa będą miały ten sam IR. Jak rozumiemy, podczerwień zwiększa wewnętrzną niewrażliwość komórki, która determinuje przepływ prądu przez komórkę. Ponieważ IR jest zmienny, prąd płynący przez ogniwo, a także jego napięcie również się zmieniają. Poziom temperatury Zdolność ogniwa do rozliczeń i uwalniania zależy również od otaczającej go temperatury. W znaczących zestawach akumulatorów, takich jak pojazdy elektryczne lub panele słoneczne, ogniwa są rozmieszczone na obszarze odpadów i może występować różnica temperatur pomiędzy samym pakietem, co powoduje, że jedno ogniwo ładuje się lub rozładowuje szybciej niż pozostałe ogniwa, powodując nierówność. Z powyższych czynników jasno wynika, że nie możemy zapobiec zaburzeniu równowagi komórek w trakcie całej procedury. Zatem jedynym lekarstwem jest zastosowanie systemu zewnętrznego, który wymaga, aby komórki ponownie osiągnęły równowagę po utracie równowagi. System ten nazywany jest systemem równoważenia baterii. 
Jak osiągnąć równowagę pakietu akumulatorów LiFePo4? System zarządzania baterią (BMS) Ogólnie rzecz biorąc, akumulator LiFePo4 nie jest w stanie sam osiągnąć równowagi akumulatora. Można to osiągnąć poprzez:system zarządzania baterią(BMS). Producent akumulatora zintegruje funkcję równoważenia akumulatora i inne funkcje zabezpieczające, takie jak zabezpieczenie przed przepięciem ładowania, wskaźnik SOC, alarm/zabezpieczenie przed przegrzaniem itp. na tej płycie BMS. Ładowarka akumulatorów litowo-jonowych z funkcją balansowania Ładowarka, zwana także „ładowarką akumulatorów balansujących”, posiada funkcję balansowania, umożliwiającą obsługę różnych akumulatorów o różnej liczbie ciągów (np. 1~6S). Nawet jeśli Twój akumulator nie jest wyposażony w płytkę BMS, możesz naładować akumulator litowo-jonowy za pomocą tej ładowarki, aby osiągnąć równowagę. Deska równoważąca Kiedy używasz zrównoważonej ładowarki do akumulatorów, musisz także podłączyć ładowarkę i akumulator do balansera, wybierając odpowiednie gniazdo z balansera. Moduł obwodu zabezpieczającego (PCM) Płyta PCM to płytka elektroniczna podłączona do pakietu akumulatorów LiFePo4, której główną funkcją jest ochrona akumulatora i użytkownika przed awarią. Aby zapewnić bezpieczne użytkowanie, akumulator LiFePo4 musi pracować w bardzo rygorystycznych parametrach napięciowych. W zależności od producenta akumulatora i składu chemicznego ten parametr napięcia waha się od 3,2 V na ogniwo w przypadku akumulatorów rozładowanych do 3,65 V na ogniwo w przypadku akumulatorów. karta PCM monitoruje te parametry napięcia i odłącza akumulator od obciążenia lub ładowarki w przypadku ich przekroczenia. W przypadku pojedynczego akumulatora LiFePo4 lub wielu akumulatorów LiFePo4 połączonych równolegle można to łatwo osiągnąć, ponieważ karta PCM monitoruje poszczególne napięcia. Jednakże, gdy wiele akumulatorów jest połączonych szeregowo, karta PCM musi monitorować napięcie każdego akumulatora. Rodzaje równoważenia baterii Dla zestawu akumulatorów LiFePo4 opracowano różne algorytmy równoważenia akumulatora. Dzieli się na pasywne i aktywne metody równoważenia baterii w oparciu o napięcie baterii i SOC. 
Pasywne równoważenie baterii Technika pasywnego równoważenia akumulatora oddziela nadmiar ładunku z całkowicie naładowanego akumulatora LiFePo4 poprzez elementy rezystancyjne i zapewnia wszystkim ogniwom ładunek podobny do najniższego poziomu naładowania akumulatora LiFePo4. Technika ta jest bardziej niezawodna i wykorzystuje mniej komponentów, co zmniejsza całkowity koszt systemu. Technologia ta zmniejsza jednak wydajność systemu, ponieważ energia jest rozpraszana w postaci ciepła, co powoduje straty energii. Dlatego technologia ta nadaje się do zastosowań o małej mocy. 
Aktywne równoważenie baterii Aktywne równoważenie ładowania jest rozwiązaniem wyzwań związanych z akumulatorami LiFePo4. Technika aktywnego równoważenia ogniw rozładowuje ładunek z akumulatora LiFePo4 o wyższej energii i przenosi go do akumulatora LiFePo4 o niższej energii. W porównaniu do technologii pasywnego równoważenia ogniw, technika ta oszczędza energię w module akumulatora LiFePo4, zwiększając w ten sposób wydajność systemu i wymaga mniej czasu na zrównoważenie ogniw pakietu akumulatora LiFePo4, co pozwala na wyższe prądy ładowania. Nawet gdy akumulator LiFePo4 jest w stanie spoczynku, nawet idealnie dopasowane akumulatory LiFePo4 tracą ładunek w różnym tempie, ponieważ szybkość samorozładowania różni się w zależności od gradientu temperatury: wzrost temperatury akumulatora o 10°C już podwaja tempo samorozładowania . Jednakże aktywne równoważenie ładunku może przywrócić komórki do równowagi, nawet jeśli są w stanie spoczynku. Jednakże technika ta ma złożone obwody, co zwiększa całkowity koszt systemu. Dlatego aktywne równoważenie ogniw jest odpowiednie dla zastosowań o dużej mocy. Istnieją różne topologie aktywnych obwodów równoważących sklasyfikowane według komponentów magazynujących energię, takich jak kondensatory, cewki indukcyjne/transformatory i przetwornice elektroniczne. Ogólnie rzecz biorąc, aktywny system zarządzania baterią zmniejsza całkowity koszt zestawu akumulatorów LiFePo4, ponieważ nie wymaga zbyt dużych rozmiarów ogniw, aby skompensować rozproszenie i nierównomierne starzenie się akumulatorów LiFePo4. Aktywne zarządzanie baterią staje się krytyczne, gdy stare ogniwa są zastępowane nowymi, a w zestawie akumulatorów LiFePo4 występują znaczne różnice. Ponieważ aktywne systemy zarządzania akumulatorami umożliwiają instalowanie ogniw o dużych różnicach parametrów w pakietach akumulatorów LiFePo4, wydajność produkcji wzrasta, a koszty gwarancji i konserwacji spadają. Dlatego aktywne systemy zarządzania akumulatorami korzystnie wpływają na wydajność, niezawodność i bezpieczeństwo zestawu akumulatorów, pomagając jednocześnie obniżyć koszty. Streszczać Aby zminimalizować skutki dryftu napięcia ogniwa, należy odpowiednio łagodzić niezbilansowanie. Celem każdego rozwiązania równoważącego jest umożliwienie pracy pakietu akumulatorów LiFePo4 na zamierzonym poziomie wydajności i zwiększenie jego dostępnej pojemności. Równoważenie baterii jest ważne nie tylko dla poprawy wydajności icykl życia bateriidodaje to również współczynnik bezpieczeństwa do akumulatora LiFePo4. Jedna z pojawiających się technologii poprawiających bezpieczeństwo akumulatorów i wydłużających ich żywotność. Ponieważ nowa technologia równoważenia akumulatorów śledzi stopień równoważenia wymagany dla poszczególnych ogniw LiFePo4, wydłuża to żywotność zestawu akumulatorów LiFePo4 i zwiększa ogólne bezpieczeństwo akumulatora.
Czas publikacji: 8 maja 2024 r