Когда устройствам требуется долговечная и высокопроизводительнаяАккумулятор LifePo4, им необходимо сбалансировать каждую ячейку. 
Почему аккумуляторная батарея LifePo4 нуждается в балансировке батареи? Аккумуляторы LifePo4 подвержены множеству характеристик, таких как перенапряжение, пониженное напряжение, ток перезаряда и разряда, тепловой разгон и дисбаланс напряжения аккумулятора. Одним из наиболее важных факторов является дисбаланс ячеек, который со временем меняет напряжение каждой ячейки в блоке, тем самым быстро уменьшая емкость батареи. Когда аккумуляторный блок LifePo4 предназначен для последовательного использования нескольких ячеек, важно спроектировать электрические характеристики, чтобы последовательно сбалансировать напряжения элементов. Это необходимо не только для повышения производительности аккумуляторной батареи, но и для оптимизации жизненного цикла. Необходимость в доктрине заключается в том, что балансировка батареи происходит до и после ее изготовления и должна выполняться на протяжении всего жизненного цикла батареи, чтобы поддерживать оптимальную производительность батареи! Использование балансировки аккумуляторов позволяет нам разрабатывать аккумуляторы более высокой емкости для различных приложений, поскольку балансировка позволяет аккумулятору достигать более высокого уровня заряда (SOC). Вы можете представить себе последовательное соединение нескольких модулей LifePo4 Cell, как если бы вы тянули сани с множеством ездовых собак. Сани можно тянуть с максимальной эффективностью только в том случае, если все ездовые собаки бегут с одинаковой скоростью. При четырех ездовых собаках, если одна ездовая собака бежит медленно, то остальные три ездовые собаки также должны снизить скорость, тем самым снижая эффективность, а если одна ездовая собака бежит быстрее, она в конечном итоге будет тянуть за собой груз трех других ездовых собак и причиняя себе вред. Следовательно, когда несколько ячеек LifePo4 соединены последовательно, значения напряжения всех ячеек должны быть одинаковыми, чтобы получить более эффективный аккумуляторный блок LifePo4. 
Номинальное напряжение батареи LifePo4 составляет всего около 3,2 В, но вдомашние системы хранения энергии, портативные источники питания, промышленность, телекоммуникации, электромобили и микросети, нам нужно напряжение, намного превышающее номинальное. В последние годы перезаряжаемые батареи LifePo4 сыграли решающую роль в силовых батареях и системах хранения энергии благодаря своему легкому весу, высокой плотности энергии, длительному сроку службы, высокой емкости, быстрой зарядке, низкому уровню саморазряда и экологичности. Балансировка ячеек гарантирует, что напряжение и емкость каждой ячейки LifePo4 будут на одном уровне, в противном случае запас хода и срок службы аккумуляторной батареи LiFePo4 будут значительно сокращены, а производительность батареи ухудшится! Таким образом, баланс ячеек LifePo4 является одним из наиболее важных факторов, определяющих качество батареи. Во время работы будет иметь место небольшой провал по напряжению, но мы можем поддерживать его в допустимых пределах с помощью балансировки ячеек. Во время балансировки элементы большей емкости проходят полный цикл зарядки/разрядки. Без балансировки ячеек ячейка с самой медленной емкостью является слабым местом. Балансировка ячеек — одна из основных функций BMS, наряду с контролем температуры, зарядкой и другими функциями, которые помогают максимально увеличить срок службы батареи. Другие причины балансировки батареи: Аккумуляторная батарея LifePo4 использует неполное потребление энергии Поглощение большего тока, чем рассчитана батарея, или ее короткое замыкание, скорее всего, приведет к преждевременному выходу батареи из строя. Когда аккумуляторный блок LifePo4 разряжается, более слабые элементы разряжаются быстрее, чем здоровые элементы, и они достигают минимального напряжения быстрее, чем другие элементы. Когда ячейка достигает минимального напряжения, весь аккумулятор также отключается от нагрузки. Это приводит к неиспользованной емкости аккумуляторной батареи. Деградация клеток Когда ячейка LifePo4 перезаряжается даже немного сверх рекомендуемой, эффективность и жизненный процесс ячейки снижаются. Например, незначительное увеличение зарядного напряжения с 3,2 В до 3,25 В приведет к более быстрому выходу аккумулятора из строя на 30%. Таким образом, если балансировка элементов не точна, даже незначительная перезарядка уменьшит срок службы батареи. Неполная зарядка аккумулятора Батареи LifePo4 выставляются за постоянный ток в диапазоне от 0,5 до 1,0. Напряжение батареи LifePo4 возрастает по мере того, как зарядка достигает апогея, когда счет полностью выставлен, а затем, следовательно, падает. Представьте себе три ячейки с 85 Ач, 86 Ач и 87 Ач соответственно и 100-процентной SoC, и после этого все ячейки освобождаются, а их SoC уменьшается. Вы можете быстро обнаружить, что ячейка 1 в конечном итоге оказывается первой, у которой заканчивается энергия, учитывая, что у нее самая низкая емкость. Когда питание подается на блоки элементов и то же самое происходит через элементы, опять же, элемент 1 зависает во время зарядки и может считаться полностью заряженным, поскольку другие два элемента полностью заряжены. Это означает, что ячейки 1 имеют пониженную кулонометрическую эффективность (CE) из-за самонагрева ячейки, что приводит к неравенству ячеек. Тепловой побег Самое ужасное, что может произойти, — это температурный разгон. Как мы понимаемлитиевые элементыочень чувствительны как к перезарядке, так и к чрезмерной разрядке. В упаковке из 4 ячеек, если одна ячейка имеет напряжение 3,5 В, а другие - 3,2 В, заряд обязательно будет выставлять счет всем ячейкам вместе, поскольку они включены последовательно, а также выставит счет ячейке 3,5 В с напряжением, превышающим рекомендуемое, потому что различные другие батареи все еще нуждаются в зарядке. Это приводит к выходу из-под контроля температуры, когда стоимость внутреннего тепловыделения превышает скорость, с которой может выделяться тепло. Это приводит к тому, что аккумуляторный блок LifePo4 становится термически неконтролируемым. Что вызывает дисбаланс ячеек в аккумуляторных блоках? Теперь мы понимаем, почему важно поддерживать баланс всех ячеек в аккумуляторном блоке. Тем не менее, чтобы правильно решить эту проблему, мы должны знать, почему клетки становятся несбалансированными, из первых рук. Как говорилось ранее, при создании аккумуляторной батареи путем последовательного размещения ячеек гарантируется, что все ячейки остаются в одном и том же уровне напряжения. Таким образом, новая аккумуляторная батарея всегда будет иметь сбалансированные элементы. Однако, когда пакет вводится в эксплуатацию, клетки выходят из равновесия из-за соответствующих факторов. Расхождение в SOC Измерение SOC клетки сложно; следовательно, очень сложно измерить SOC конкретных ячеек батареи. Оптимальный метод гармонизации ячеек должен согласовывать ячейки с одинаковым SOC, а не с одинаковыми степенями напряжения (OCV). Но поскольку при изготовлении блока практически невозможно, чтобы элементы согласовывались только по напряжению, вариант в SOC может со временем привести к модификации OCV. Вариант внутреннего сопротивления Чрезвычайно сложно найти элементы с одинаковым внутренним сопротивлением (IR), и с возрастом батареи IR элемента дополнительно меняется, и поэтому в аккумуляторном блоке не все элементы будут иметь одинаковое IR. Как мы понимаем, ИК усиливает внутреннюю невосприимчивость клетки, которая определяет ток, проходящий через клетку. Поскольку IR изменяется, ток через элемент, а также его напряжение также меняются. Уровень температуры Способность ячейки к выставлению счетов и высвобождению также зависит от температуры вокруг нее. В крупных аккумуляторных блоках, таких как электромобили или солнечные батареи, элементы распределены по зоне отходов, и между самой батареей может быть разница температур, из-за которой один элемент заряжается или разряжается быстрее, чем остальные элементы, что приводит к неравенству. Из вышеперечисленных факторов становится ясно, что мы не можем предотвратить разбалансировку клеток на протяжении всей процедуры. Таким образом, единственное средство — использовать внешнюю систему, которая требует, чтобы клетки снова сбалансировались после того, как они стали несбалансированными. Эта система называется системой балансировки аккумуляторов. 
Как добиться баланса аккумуляторной батареи LiFePo4? Система управления батареями (BMS) Как правило, аккумуляторная батарея LiFePo4 не может обеспечить балансировку батареи сама по себе, это может быть достигнуто путемсистема управления аккумулятором(БМС). Производитель батареи интегрирует в эту плату BMS функцию балансировки батареи и другие функции защиты, такие как защита от перенапряжения, индикатор SOC, сигнализация/защита от перегрева и т. д. Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов с функцией балансировки Зарядное устройство, также известное как «балансное зарядное устройство», имеет функцию балансировки для поддержки различных аккумуляторов с разным количеством цепочек (например, 1–6 с). Даже если ваша батарея не оснащена платой BMS, вы можете зарядить литий-ионную батарею с помощью этого зарядного устройства для достижения балансировки. Балансировочная доска При использовании сбалансированного зарядного устройства необходимо также подключить зарядное устройство и батарею к балансировочной плате, выбрав определенное гнездо на балансировочной плате. Модуль схемы защиты (PCM) Плата PCM — это электронная плата, подключенная к аккумуляторному блоку LiFePo4, и ее основная функция — защита аккумулятора и пользователя от неисправностей. Чтобы обеспечить безопасное использование, батарея LiFePo4 должна работать при очень строгих параметрах напряжения. В зависимости от производителя аккумулятора и химического состава этот параметр напряжения варьируется от 3,2 В на элемент для разряженных аккумуляторов до 3,65 В на элемент для аккумуляторных батарей. Плата PCM контролирует эти параметры напряжения и отключает аккумулятор от нагрузки или зарядного устройства, если они превышены. В случае одной батареи LiFePo4 или нескольких батарей LiFePo4, подключенных параллельно, это легко осуществить, поскольку плата PCM контролирует отдельные напряжения. Однако, когда несколько батарей соединены последовательно, плата PCM должна контролировать напряжение каждой батареи. Виды балансировки аккумуляторов Для аккумуляторной батареи LiFePo4 были разработаны различные алгоритмы балансировки батарей. Он разделен на пассивные и активные методы балансировки батареи, основанные на напряжении батареи и SOC. 
Пассивная балансировка батареи Метод пассивной балансировки батареи отделяет избыточный заряд от полностью заряженной батареи LiFePo4 через резистивные элементы и придает всем ячейкам заряд, аналогичный самому низкому заряду батареи LiFePo4. Этот метод более надежен и использует меньше компонентов, что снижает общую стоимость системы. Однако эта технология снижает эффективность системы, поскольку энергия рассеивается в виде тепла, что приводит к потерям энергии. Таким образом, эта технология подходит для приложений с низким энергопотреблением. 
Активная балансировка батареи Активная балансировка заряда — это решение проблем, связанных с батареями LiFePo4. Метод активной балансировки элементов разряжает заряд батареи LiFePo4 с более высокой энергией и передает его батарее LiFePo4 с более низкой энергией. По сравнению с технологией пассивной балансировки ячеек, этот метод экономит энергию в аккумуляторном модуле LiFePo4, тем самым повышая эффективность системы, и требует меньше времени для балансировки между ячейками аккумуляторной батареи LiFePo4, что позволяет использовать более высокие зарядные токи. Даже когда аккумуляторный блок LiFePo4 находится в состоянии покоя, даже идеально подобранные аккумуляторы LiFePo4 теряют заряд с разной скоростью, поскольку скорость саморазряда варьируется в зависимости от градиента температуры: повышение температуры аккумулятора на 10°C уже удваивает скорость саморазряда. . Однако активная балансировка заряда может восстановить равновесие клеток, даже если они находятся в состоянии покоя. Однако этот метод имеет сложную схему, что увеличивает общую стоимость системы. Таким образом, активная балансировка ячеек подходит для приложений с высокой мощностью. Существуют различные топологии схем активной балансировки, классифицированные по компонентам хранения энергии, таким как конденсаторы, катушки индуктивности/трансформаторы и электронные преобразователи. В целом, активная система управления батареями снижает общую стоимость аккумуляторной батареи LiFePo4, поскольку не требует увеличения размеров элементов для компенсации разброса и неравномерного старения батарей LiFePo4. Активное управление батареями становится критически важным, когда старые элементы заменяются новыми, и в аккумуляторном блоке LiFePo4 наблюдаются значительные различия. Поскольку активные системы управления батареями позволяют устанавливать в аккумуляторные блоки LiFePo4 элементы с большими вариациями параметров, производительность производства увеличивается, а затраты на гарантийное обслуживание и техническое обслуживание снижаются. Таким образом, активные системы управления батареями повышают производительность, надежность и безопасность аккумуляторной батареи, одновременно помогая снизить затраты. Подвести итог Чтобы свести к минимуму последствия дрейфа напряжения элемента, дисбаланс необходимо должным образом смягчать. Целью любого решения по балансировке является обеспечение работы аккумуляторной батареи LiFePo4 с заданным уровнем производительности и увеличение ее доступной емкости. Балансировка аккумуляторов важна не только для повышения производительности ижизненный цикл аккумуляторов, это также добавляет запас прочности аккумуляторному блоку LiFePo4. Одна из новейших технологий для повышения безопасности аккумуляторов и продления срока их службы. Поскольку новая технология балансировки аккумуляторов отслеживает объем балансировки, необходимый для отдельных ячеек LiFePo4, она продлевает срок службы аккумуляторной батареи LiFePo4 и повышает общую безопасность батареи.
Время публикации: 08 мая 2024 г.