Ako Cell Balancing predlžuje životnosť batérie LifePo4?

Keď zariadenia potrebujú dlhotrvajúci, vysoký výkonBatéria LifePo4, potrebujú vyvážiť každú bunku. Prečo batéria LifePo4 potrebuje vyváženie batérie? Batérie LifePo4 podliehajú mnohým charakteristikám, ako je prepätie, podpätie, prebíjací a vybíjací prúd, tepelný únik a nerovnováha napätia batérie. Jedným z najdôležitejších faktorov je nerovnováha článkov, ktorá časom mení napätie každého článku v balení, čím sa rapídne znižuje kapacita batérie. Keď je batéria LifePo4 navrhnutá tak, aby používala viacero článkov v sérii, je dôležité navrhnúť elektrické charakteristiky, aby sa napätie článkov trvalo vyrovnalo. Nie je to len pre výkon batérie, ale aj pre optimalizáciu životného cyklu. Potreba doktríny je, že vyvažovanie batérie nastáva pred a po zostavení batérie a musí sa vykonávať počas celého životného cyklu batérie, aby sa zachoval optimálny výkon batérie! Použitie vyváženia batérie nám umožňuje navrhnúť batérie s vyššou kapacitou pre aplikácie, pretože vyváženie umožňuje batérii dosiahnuť vyšší stav nabitia (SOC). Môžete si predstaviť zapojenie mnohých jednotiek LifePo4 Cell do série, ako keby ste ťahali sane s mnohými záprahovými psami. Záprah je možné ťahať s maximálnou účinnosťou len vtedy, ak všetky záprahové psy bežia rovnakou rýchlosťou. Pri štyroch záprahových psoch platí, že ak jeden záprahový pes beží pomaly, potom aj ďalší traja záprahoví psi musia znížiť svoju rýchlosť, čím sa zníži efektivita, a ak jeden záprahový pes beží rýchlejšie, skončí to ťahaním nákladu ďalších troch záprahov a ubližuje sebe. Preto, keď je viac článkov LifePo4 zapojených do série, hodnoty napätia všetkých článkov by mali byť rovnaké, aby sa získala efektívnejšia batéria LifePo4. Nominálna batéria LifePo4 je dimenzovaná len na približne 3,2 V, ale indomáce systémy na skladovanie energie, prenosné napájacie zdroje, priemyselné, telekomunikačné, elektrické vozidlá a mikrosieťové aplikácie, potrebujeme oveľa vyššie ako menovité napätie. V posledných rokoch zohrávajú dobíjateľné batérie LifePo4 rozhodujúcu úlohu v napájacích batériách a systémoch skladovania energie vďaka svojej nízkej hmotnosti, vysokej hustote energie, dlhej životnosti, vysokej kapacite, rýchlemu nabíjaniu, nízkej úrovni samovybíjania a šetrnosti k životnému prostrediu. Vyvažovanie článkov zabezpečuje, že napätie a kapacita každého článku LifePo4 sú na rovnakej úrovni, inak sa výrazne zníži dosah a životnosť batérie LiFePo4 a výkon batérie sa zníži! Preto je vyváženie článkov LifePo4 jedným z najdôležitejších faktorov pri určovaní kvality batérie. Počas prevádzky sa vyskytne malá napäťová medzera, ktorú však môžeme udržiavať v prijateľnom rozsahu pomocou vyrovnávania článkov. Počas vyvažovania prechádzajú články s vyššou kapacitou úplného cyklu nabitia/vybitia. Bez vyrovnávania buniek je slabým miestom článok s najpomalšou kapacitou. Vyvažovanie článkov je jednou zo základných funkcií BMS spolu s monitorovaním teploty, nabíjaním a ďalšími funkciami, ktoré pomáhajú maximalizovať životnosť batérie. Ďalšie dôvody pre vyváženie batérie: LifePo4 battery pcak neúplná spotreba energie Absorbovanie väčšieho prúdu, než na aký je batéria určená, alebo skratovanie batérie s najväčšou pravdepodobnosťou spôsobí predčasné zlyhanie batérie. Keď sa batéria LifePo4 vybíja, slabšie články sa vybijú rýchlejšie ako zdravé články a rýchlejšie dosiahnu minimálne napätie ako iné články. Keď článok dosiahne minimálne napätie, odpojí sa aj celý akumulátor. Výsledkom je nevyužitá kapacita batérie. Degradácia buniek Keď je článok LifePo4 prebitý čo i len trochu nad jeho navrhovanú hodnotu, účinnosť a tiež životnosť článku sa zníži. Napríklad malé zvýšenie nabíjacieho napätia z 3,2 V na 3,25 V spôsobí rýchlejšie vybitie batérie o 30 %. Ak teda vyváženie článkov nie je presné, aj malé prebíjanie zníži životnosť batérie. Neúplné nabitie súpravy článkov Batérie LifePo4 sa účtujú nepretržitým prúdom v rozsahu od 0,5 do 1,0. Napätie batérie LifePo4 sa zvyšuje, keď sa nabíjanie zvyšuje, keď je úplne vybité a následne klesá. Predstavte si tri bunky s 85 Ah, 86 Ah a 87 Ah a 100 percent SoC, a potom sa všetky bunky uvoľnia a tiež sa zníži ich SoC. Rýchlo zistíte, že bunka 1 skončí ako prvá, ktorej dôjde energia, keďže má najnižšiu kapacitu. Keď je napájanie privedené na články, rovnako ako cez články prúdi ten istý existujúci článok, článok 1 opäť visí späť počas nabíjania a možno ho považovať za plne nabitý, pretože rôzne ďalšie dva články sú úplne nabité. To znamená, že články 1 majú zníženú coulometrickú účinnosť (CE) v dôsledku samovoľného zahrievania článku, čo vedie k nerovnosti článku. Thermal Runaway Najstrašnejším bodom, ktorý sa môže stať, je tepelný útek. Ako chápemelítiové článkysú veľmi citlivé na prebitie aj nadmerné vybitie. V balení so 4 článkami, ak je jeden článok 3,5 V, zatiaľ čo rôzne ostatné sú 3,2 V, nabíjanie určite naúčtuje všetky články spolu, pretože sú v sérii a tiež to bude účtovať 3,5 V článok vyššie ako odporúčané napätie, pretože rôzne ostatné batérie je stále potrebné nabíjať. To vedie k tepelnému úniku, keď cena vytvárania vnútorného tepla prekročí rýchlosť, ktorou sa môže teplo uvoľniť. To spôsobí, že sa batéria LifePo4 stane tepelne nekontrolovateľnou. Čo spúšťa nevyváženosť článkov v batériách? Teraz už chápeme, prečo je dôležité udržiavať rovnováhu všetkých článkov v batérii. Aby sme však tento problém správne riešili, mali by sme vedieť, prečo sú bunky nevyvážené z prvej ruky. Ako už bolo povedané, keď sa batéria vytvorí umiestnením článkov do série, zabezpečí sa, že všetky články zostanú na rovnakých úrovniach napätia. Takže nová batéria bude mať vždy skutočne vyvážené články. Napriek tomu, keď je balenie uvedené do používania, bunky sa dostanú do nerovnováhy, pretože sú v súlade s faktormi. Nesúlad SOC Meranie SOC bunky je komplikované; preto je veľmi zložité merať SOC špecifických článkov v batérii. Optimálna metóda harmonizácie buniek by mala zodpovedať bunkám rovnakého SOC namiesto presne rovnakých stupňov napätia (OCV). Ale keďže je takmer nemožné, aby sa články pri vytváraní balenia zhodovali iba podľa napäťových podmienok, variant v SOC môže viesť k úprave OCV v pravý čas. Variant vnútorného odporu Je extrémne ťažké nájsť články s rovnakým vnútorným odporom (IR) a starnutím batérie sa IR článku dodatočne mení, a preto v batériovom bloku nebudú mať všetky články rovnaké IR. Ako vieme, IR prispieva k vnútornej necitlivosti bunky, ktorá určuje prúd prúdiaci cez bunku. Pretože IR sa mení, mení sa prúd cez článok a tiež jeho napätie. Úroveň teploty Účtovacia a uvoľňovacia schopnosť článku závisí aj od okolitej teploty. Vo významnej súprave batérií, ako sú elektrické vozidlá alebo solárne polia, sú články rozmiestnené po odpadovej ploche a medzi samotnou súpravou môže byť teplotný rozdiel, vďaka čomu sa jeden článok nabíja alebo vybíja rýchlejšie ako ostatné články, čo spôsobuje nerovnosť. Z vyššie uvedených faktorov je zrejmé, že nedokážeme zabrániť nerovnováhe buniek počas celej procedúry. Jediným liekom je teda použitie vonkajšieho systému, ktorý vyžaduje, aby sa bunky opäť dostali do rovnováhy, keď sa dostanú do nerovnováhy. Tento systém sa nazýva Battery Balancing System. Ako dosiahnuť rovnováhu batérie LiFePo4? Systém správy batérie (BMS) Vo všeobecnosti LiFePo4 batéria nedokáže sama dosiahnuť vyváženie batérie, dá sa to dosiahnuťsystém správy batérie(BMS). Výrobca batérie do tejto dosky BMS integruje funkciu vyváženia batérie a ďalšie ochranné funkcie, ako je ochrana proti prepätiu, indikátor SOC, alarm/ochrana prehriatia atď. Nabíjačka Li-ion akumulátorov s funkciou vyvažovania Nabíjačka, známa aj ako „balančná nabíjačka batérií“, integruje funkciu vyváženia na podporu rôznych batérií s rôznym počtom reťazcov (napr. 1~6S). Aj keď vaša batéria nemá dosku BMS, pomocou tejto nabíjačky môžete nabíjať lítium-iónovú batériu, aby ste dosiahli vyváženie. Vyrovnávacia rada Keď používate vyváženú nabíjačku batérií, musíte tiež pripojiť nabíjačku a batériu k vyrovnávacej doske výberom konkrétnej zásuvky z vyrovnávacej dosky. Modul ochranného obvodu (PCM) PCM doska je elektronická doska, ktorá sa pripája k LiFePo4 batérii a jej hlavnou funkciou je chrániť batériu a používateľa pred poruchou. Na zaistenie bezpečného používania musí LiFePo4 batéria fungovať pri veľmi prísnych parametroch napätia. V závislosti od výrobcu batérie a chemického zloženia sa tento parameter napätia pohybuje medzi 3,2 V na článok pre vybité batérie a 3,65 V na článok pre dobíjacie batérie. doska PCM monitoruje tieto parametre napätia a pri ich prekročení odpojí batériu od záťaže alebo nabíjačky. V prípade jednej LiFePo4 batérie alebo viacerých LiFePo4 batérií zapojených paralelne sa to dá ľahko dosiahnuť, pretože doska PCM monitoruje jednotlivé napätia. Ak je však viacero batérií zapojených do série, doska PCM musí monitorovať napätie každej batérie. Typy vyvažovania batérie Pre LiFePo4 batérie boli vyvinuté rôzne algoritmy na vyvažovanie batérie. Delí sa na pasívne a aktívne metódy vyvažovania batérie na základe napätia batérie a SOC. Pasívne vyvažovanie batérie Technika pasívneho vyvažovania batérie oddeľuje nadmerný náboj od plne nabitej batérie LiFePo4 prostredníctvom odporových prvkov a dodáva všetkým článkom podobné nabitie ako najnižšie nabitie batérie LiFePo4. Táto technika je spoľahlivejšia a využíva menej komponentov, čím znižuje celkové náklady na systém. Táto technológia však znižuje účinnosť systému, pretože energia sa rozptýli vo forme tepla, ktoré generuje energetické straty. Preto je táto technológia vhodná pre aplikácie s nízkou spotrebou energie. Aktívne vyvažovanie batérie Aktívne vyrovnávanie nabitia je riešením problémov spojených s batériami LiFePo4. Technika aktívneho vyrovnávania článkov vybíja náboj z batérie LiFePo4 s vyššou energiou a prenáša ju do batérie LiFePo4 s nižšou energiou. V porovnaní s technológiou pasívneho vyrovnávania článkov táto technika šetrí energiu v module LiFePo4 batérie, čím zvyšuje efektivitu systému a vyžaduje menej času na vyváženie medzi článkami LiFePo4 batérie, čo umožňuje vyššie nabíjacie prúdy. Aj keď je batéria LiFePo4 v pokoji, dokonca aj dokonale prispôsobené batérie LiFePo4 strácajú nabíjanie rôznymi rýchlosťami, pretože rýchlosť samovybíjania sa mení v závislosti od teplotného gradientu: zvýšenie teploty batérie o 10 °C už zdvojnásobuje rýchlosť samovybíjania . Aktívne vyrovnávanie náboja však môže bunky obnoviť do rovnováhy, aj keď sú v pokoji. Táto technika má však zložité obvody, čo zvyšuje celkové náklady na systém. Preto je aktívne vyvažovanie článkov vhodné pre aplikácie s vysokým výkonom. Existujú rôzne topológie aktívnych vyvažovacích obvodov klasifikovaných podľa komponentov na uchovávanie energie, ako sú kondenzátory, induktory/transformátory a elektronické prevodníky. Celkovo aktívny systém správy batérií znižuje celkové náklady na LiFePo4 batériu, pretože nevyžaduje predimenzovanie článkov na kompenzáciu rozptylu a nerovnomerného starnutia medzi LiFePo4 batériami. Aktívna správa batérie sa stáva kritickou, keď sú staré články nahradené novými článkami a medzi LiFePo4 batériou existujú značné rozdiely. Keďže aktívne systémy riadenia batérií umožňujú inštalovať články s veľkými parametrami v LiFePo4 batériových súpravách, výrobné výnosy sa zvyšujú, zatiaľ čo náklady na záruku a údržbu sa znižujú. Preto systémy aktívnej správy batérií prospievajú výkonu, spoľahlivosti a bezpečnosti batérie a zároveň pomáhajú znižovať náklady. Zhrnúť Aby sa minimalizovali účinky kolísania napätia článku, nerovnováhy musia byť správne zmiernené. Cieľom akéhokoľvek balančného riešenia je umožniť LiFePo4 batérii pracovať na zamýšľanej úrovni výkonu a rozšíriť jej dostupnú kapacitu. Vyváženie batérie nie je dôležité len pre zlepšenie výkonu aživotný cyklus batérií, pridáva tiež bezpečnostný faktor do LiFePo4battery pack. Jedna z nových technológií na zlepšenie bezpečnosti batérie a predĺženie životnosti batérie. Keďže nová technológia vyvažovania batérie sleduje množstvo vyváženia potrebného pre jednotlivé články LiFePo4, predlžuje životnosť batérie LiFePo4 a zvyšuje celkovú bezpečnosť batérie.