Si balancimi i qelizave zgjat jetën e paketës së baterisë LifePo4?

Kur pajisjet kanë nevojë për një jetëgjatësi dhe performancë të lartëPaketa e baterive LifePo4, ata duhet të balancojnë çdo qelizë. Pse paketa e baterisë LifePo4 ka nevojë për balancimin e baterisë? Bateritë LifePo4 i nënshtrohen shumë karakteristikave të tilla si mbitensioni, nëntensioni, rryma e mbingarkesës dhe shkarkimit, largimi termik dhe çekuilibri i tensionit të baterisë. Një nga faktorët më të rëndësishëm është çekuilibri i qelizave, i cili ndryshon tensionin e secilës qelizë në paketë me kalimin e kohës, duke reduktuar me shpejtësi kapacitetin e baterisë. Kur paketa e baterisë LifePo4 është projektuar për të përdorur shumë qeliza në seri, është e rëndësishme të dizajnohen karakteristikat elektrike për të balancuar vazhdimisht tensionet e qelizave. Kjo nuk është vetëm për performancën e paketës së baterisë, por edhe për të optimizuar ciklin e jetës. Nevoja për doktrinë është se balancimi i baterisë ndodh para dhe pas ndërtimit të baterisë dhe duhet të bëhet gjatë gjithë ciklit të jetës së baterisë në mënyrë që të ruhet performanca optimale e baterisë! Përdorimi i balancimit të baterive na lejon të dizajnojmë bateri me kapacitet më të lartë për aplikime, sepse balancimi lejon që bateria të arrijë një gjendje më të lartë të ngarkimit (SOC). Ju mund të imagjinoni lidhjen e shumë njësive të qelizave LifePo4 në seri sikur po tërhiqni një sajë me shumë qen sajë. Ajo mund të tërhiqet me efikasitet maksimal vetëm nëse të gjithë qentë e sajë vrapojnë me të njëjtën shpejtësi. Me katër qen sajë, nëse njëri qen me sajë vrapon ngadalë, atëherë tre qentë e tjerë me sajë duhet gjithashtu të zvogëlojnë shpejtësinë e tyre, duke ulur kështu efikasitetin, dhe nëse një qen me sajë vrapon më shpejt, ai do të përfundojë duke tërhequr ngarkesën e tre qenve të tjerë me sajë dhe duke lënduar veten. Prandaj, kur qelizat e shumta LifePo4 janë të lidhura në seri, vlerat e tensionit të të gjitha qelizave duhet të jenë të barabarta për të marrë një paketë baterie më efikase LifePo4. Bateria nominale LifePo4 është vlerësuar me vetëm rreth 3.2V, por nësistemet e ruajtjes së energjisë në shtëpi, furnizime portative me energji elektrike, aplikime industriale, telekomunikuese, automjetesh elektrike dhe mikrogrid, na duhen shumë më të larta se tensioni nominal. Vitet e fundit, bateritë e rikarikueshme LifePo4 kanë luajtur një rol kritik në bateritë e energjisë dhe sistemet e ruajtjes së energjisë për shkak të peshës së tyre të lehtë, densitetit të lartë të energjisë, jetëgjatësisë, kapacitetit të lartë, karikimit të shpejtë, niveleve të ulëta të vetëshkarkimit dhe mirëdashjes mjedisore. Balancimi i qelizave siguron që voltazhi dhe kapaciteti i secilës qelizë LifePo4 të jenë në të njëjtin nivel, përndryshe, diapazoni dhe jetëgjatësia e paketës së baterisë LiFePo4 do të reduktohet shumë dhe performanca e baterisë do të degradohet! Prandaj, bilanci i qelizave LifePo4 është një nga faktorët më të rëndësishëm në përcaktimin e cilësisë së baterisë. Gjatë funksionimit, do të ndodhë një hendek i vogël i tensionit, por ne mund ta mbajmë atë brenda një intervali të pranueshëm me anë të balancimit të qelizave. Gjatë balancimit, qelizat me kapacitet më të lartë i nënshtrohen një cikli të plotë ngarkimi/shkarkimi. Pa balancimin e qelizave, qeliza me kapacitetin më të ngadaltë është një pikë e dobët. Balancimi i qelizave është një nga funksionet kryesore të BMS, së bashku me monitorimin e temperaturës, karikimin dhe funksione të tjera që ndihmojnë në maksimizimin e jetëgjatësisë së paketës. Arsyet e tjera për balancimin e baterisë: Përdorimi jo i plotë i energjisë i baterisë LifePo4 pcak Thithja e më shumë rrymës sesa është projektuar bateria ose shkurtimi i baterisë ka shumë të ngjarë të shkaktojë dështim të parakohshëm të baterisë. Kur një paketë baterie LifePo4 shkarkohet, qelizat më të dobëta do të shkarkohen më shpejt se qelizat e shëndetshme dhe ato do të arrijnë tensionin minimal më shpejt se qelizat e tjera. Kur një qelizë arrin tensionin minimal, e gjithë paketa e baterisë shkëputet gjithashtu nga ngarkesa. Kjo rezulton në një kapacitet të papërdorur të energjisë së paketës së baterisë. Degradimi i qelizave Kur një qelizë LifePo4 mbingarkohet edhe pak mbi vlerën e sugjeruar, efektiviteti dhe gjithashtu procesi i jetës së qelizës zvogëlohet. Si shembull, një rritje e vogël në tensionin e karikimit nga 3.2V në 3.25V do ta prishë baterinë më shpejt me 30%. Pra, nëse balancimi i qelizave nuk është i saktë, edhe mbingarkesa e vogël do të zvogëlojë kohëzgjatjen e baterisë. Karikimi jo i plotë i një pakete celulare Bateritë LifePo4 faturohen me një rrymë të vazhdueshme prej 0.5 dhe gjithashtu 1.0. Tensioni i baterisë LifePo4 rritet ndërsa karikimi vazhdon të arrijë në një nivel kur faturohet plotësisht dhe si pasojë bie. Mendoni për tre qeliza me përkatësisht 85 Ah, 86 Ah dhe 87 Ah dhe 100 përqind SoC, dhe të gjitha qelizat lëshohen më pas dhe gjithashtu SoC e tyre zvogëlohet. Mund të zbuloni shpejt se qeliza 1 përfundon të jetë e para që mbaron energjinë duke qenë se ka aftësinë më të ulët. Kur energjia futet në paketat e qelizave, si dhe e njëjta ekzistuese rrjedh nëpër qeliza, edhe një herë, qeliza 1 varet gjatë gjithë karikimit dhe mund të merret në konsideratë e ngarkuar plotësisht pasi dy qelizat e tjera të ndryshme janë plotësisht të ngarkuara. Kjo do të thotë se qelizat 1 kanë një efektivitet kulometrik të reduktuar (CE) për shkak të vetë-nxehjes së qelizës që rezulton në pabarazi të qelizave. Arratisja termike Pika më e tmerrshme që mund të ndodhë është ikja termike. Siç e kuptojmëqelizat e litiumitjanë shumë të ndjeshme ndaj mbingarkesës si dhe mbi shkarkimit. Në një paketë me 4 qeliza, nëse njëra qelizë është 3,5 V ndërsa tjetra e ndryshme janë 3,2 V, ngarkesa sigurisht që do t'i faturojë të gjitha qelizat së bashku sepse ato janë në seri dhe gjithashtu do të faturojë qelizën 3,5 V në një tension më të madh se sa rekomandohet, sepse të ndryshme bateritë e tjera kanë ende nevojë për karikim. Kjo çon në largim termik kur çmimi i gjenerimit të nxehtësisë së brendshme tejkalon shkallën me të cilën mund të lirohet nxehtësia. Kjo bën që paketa e baterisë LifePo4 të bëhet termikisht e pakontrolluar. Çfarë shkakton çekuilibrimi i qelizave në paketat e baterive? Tani e kuptojmë pse mbajtja e të gjitha qelizave të balancuara në një paketë baterie është thelbësore. Megjithatë, për të trajtuar problemin në mënyrë të përshtatshme, duhet të dimë pse qelizat fitojnë çekuilibër të dorës së parë. Siç u tha më herët, kur krijohet një paketë baterie duke i vendosur qelizat në seri, sigurohet që të gjitha qelizat të mbeten në të njëjtat nivele të tensionit. Pra, një paketë baterie e freskët do të ketë gjithmonë qeliza të balancuara. Megjithatë, ndërsa paketa vihet në përdorim, qelizat dalin jashtë ekuilibrit për shkak të pajtueshmërisë me faktorët. Mospërputhja e KOS-it Matja e SOC e një qelize është e ndërlikuar; prandaj është shumë e ndërlikuar të matet SOC e qelizave specifike në një bateri. Një metodë optimale e harmonizimit të qelizave duhet të përputhet me qelizat e të njëjtit SOC në vend të shkallëve ekzaktësisht të njëjta të tensionit (OCV). Por meqenëse është pothuajse e pamundur që qelizat të përputhen vetëm në kushte tensioni kur krijoni një paketë, varianti në SOC mund të rezultojë në një modifikim në OCV në kohën e duhur. Varianti i rezistencës së brendshme Është jashtëzakonisht e vështirë të gjesh qeliza me të njëjtën rezistencë të brendshme (IR) dhe me kalimin e vjetër të baterisë, IR e qelizës ndryshon gjithashtu, si dhe në një paketë baterie jo të gjitha qelizat do të kenë të njëjtën IR. Siç e kuptojmë, IR shton pandjeshmërinë e brendshme të qelizës, e cila përcakton rrjedhën aktuale përmes një qelize. Për shkak se IR ndryshon, rryma përmes qelizës dhe gjithashtu tensioni i saj gjithashtu ndryshon. Niveli i temperaturës Aftësia e faturimit dhe lëshimit të qelizës varet gjithashtu nga temperatura rreth saj. Në një paketë të konsiderueshme baterish si në EV ose grupe diellore, qelizat shpërndahen në një zonë mbeturinash dhe mund të ketë një dallim të temperaturës midis vetë paketës duke krijuar një qelizë për t'u ngarkuar ose shkarkuar më shpejt se qelizat e mbetura duke shkaktuar një pabarazi. Nga faktorët e mësipërm, është e qartë se ne nuk mund të parandalojmë që qelizat të çekuilibrohen gjatë gjithë procedurës. Pra, i vetmi ilaç është përdorimi i një sistemi të jashtëm që kërkon që qelizat të ekuilibrohen edhe një herë pasi të kenë çekuilibër. Ky sistem quhet sistemi i balancimit të baterive. Si të arrihet ekuilibri i paketës së baterisë LiFePo4? Sistemi i menaxhimit të baterisë (BMS) Në përgjithësi, paketa e baterive LiFePo4 nuk mund të arrijë vetë balancimin e baterisë, mund të arrihet me anë tësistemi i menaxhimit të baterisë(BMS). Prodhuesi i baterisë do të integrojë funksionin e balancimit të baterisë dhe funksione të tjera mbrojtëse, si mbrojtja nga ngarkesa mbi tension, treguesi SOC, alarmi/mbrojtja ndaj temperaturës, etj. në këtë tabelë BMS. Karikues baterie li-jon me funksion balancues I njohur gjithashtu si "karikues i baterisë së balancës", karikuesi integron një funksion balancimi për të mbështetur bateri të ndryshme me numër të ndryshëm vargjesh (p.sh. 1~6S). Edhe nëse bateria juaj nuk ka një tabelë BMS, mund ta ngarkoni baterinë tuaj Li-ion me këtë karikues baterie për të arritur balancimin. Bordi Balancues Kur përdorni një karikues të balancuar të baterisë, duhet të lidhni gjithashtu ngarkuesin dhe baterinë tuaj me tabelën balancuese duke zgjedhur një prizë specifike nga pllaka balancuese. Moduli i qarkut mbrojtës (PCM) Pllaka PCM është një tabelë elektronike që është e lidhur me paketën e baterisë LiFePo4 dhe funksioni i saj kryesor është të mbrojë baterinë dhe përdoruesin nga mosfunksionimi. Për të siguruar përdorim të sigurt, bateria LiFePo4 duhet të funksionojë nën parametra shumë strikte të tensionit. Në varësi të prodhuesit të baterisë dhe kimisë, ky parametër i tensionit varion midis 3,2 V për qelizë për bateritë e shkarkuara dhe 3,65 V për qelizë për bateritë e ringarkueshme. bordi PCM monitoron këto parametra të tensionit dhe shkëput baterinë nga ngarkesa ose karikuesi nëse ato tejkalohen. Në rastin e një baterie të vetme LiFePo4 ose të disa baterive LiFePo4 të lidhura paralelisht, kjo arrihet lehtësisht, sepse bordi PCM monitoron tensionet individuale. Megjithatë, kur disa bateri janë të lidhura në seri, bordi PCM duhet të monitorojë tensionin e secilës bateri. Llojet e balancimit të baterive Algoritme të ndryshme të balancimit të baterive janë zhvilluar për paketën e baterive LiFePo4. Ai ndahet në metoda pasive dhe aktive të balancimit të baterisë bazuar në tensionin e baterisë dhe SOC. Balancimi pasiv i baterisë Teknika e balancimit pasiv të baterisë ndan ngarkesën e tepërt nga një bateri plotësisht e energjizuar LiFePo4 përmes elementeve rezistente dhe u jep të gjitha qelizave një ngarkesë të ngjashme me ngarkesën më të ulët të baterisë LiFePo4. Kjo teknikë është më e besueshme dhe përdor më pak komponentë, duke ulur kështu koston e përgjithshme të sistemit. Megjithatë, teknologjia zvogëlon efikasitetin e sistemit pasi energjia shpërndahet në formën e nxehtësisë që gjeneron humbje të energjisë. Prandaj, kjo teknologji është e përshtatshme për aplikime me fuqi të ulët. Balancimi aktiv i baterisë Balancimi aktiv i ngarkimit është një zgjidhje për sfidat që lidhen me bateritë LiFePo4. Teknika e balancimit aktiv të qelizave shkarkon ngarkesën nga bateria LiFePo4 me energji më të lartë dhe e transferon atë në baterinë LiFePo4 me energji më të ulët. Krahasuar me teknologjinë e balancimit pasiv të qelizave, kjo teknikë kursen energji në modulin e baterisë LiFePo4, duke rritur kështu efikasitetin e sistemit dhe kërkon më pak kohë për të balancuar midis qelizave të paketës së baterisë LiFePo4, duke lejuar rryma më të larta karikimi. Edhe kur paketa e baterisë LiFePo4 është në qetësi, edhe bateritë LiFePo4 të përshtatura në mënyrë perfekte humbasin ngarkesën me ritme të ndryshme sepse shkalla e vetë-shkarkimit ndryshon në varësi të gradientit të temperaturës: një rritje prej 10°C në temperaturën e baterisë tashmë dyfishon shkallën e vetë-shkarkimit. . Megjithatë, balancimi aktiv i ngarkesës mund t'i rivendosë qelizat në ekuilibër, edhe nëse ato janë në qetësi. Megjithatë, kjo teknikë ka qark kompleks, i cili rrit koston e përgjithshme të sistemit. Prandaj, balancimi aktiv i qelizave është i përshtatshëm për aplikime me fuqi të lartë. Ekzistojnë topologji të ndryshme të qarkut aktiv të balancimit të klasifikuara sipas komponentëve të ruajtjes së energjisë, të tilla si kondensatorët, induktorët/transformatorët dhe konvertuesit elektronikë. Në përgjithësi, sistemi aktiv i menaxhimit të baterisë zvogëlon koston e përgjithshme të paketës së baterive LiFePo4 sepse nuk kërkon përmasa të tepërta të qelizave për të kompensuar shpërndarjen dhe plakjen e pabarabartë midis baterive LiFePo4. Menaxhimi aktiv i baterisë bëhet kritik kur qelizat e vjetra zëvendësohen me qeliza të reja dhe ka ndryshime të konsiderueshme brenda paketës së baterisë LiFePo4. Meqenëse sistemet aktive të menaxhimit të baterive bëjnë të mundur instalimin e qelizave me variacione të mëdha të parametrave në paketat e baterive LiFePo4, rendimentet e prodhimit rriten ndërsa kostot e garancisë dhe mirëmbajtjes ulen. Prandaj, sistemet aktive të menaxhimit të baterive përfitojnë nga performanca, besueshmëria dhe siguria e paketës së baterisë, duke ndihmuar në uljen e kostove. Përmblidhni Në mënyrë që të minimizohen efektet e zhvendosjes së tensionit të qelisë, çekuilibrat duhet të jenë të moderuara siç duhet. Qëllimi i çdo zgjidhje balancimi është të lejojë që paketa e baterisë LiFePo4 të funksionojë në nivelin e synuar të performancës dhe të zgjerojë kapacitetin e saj të disponueshëm. Balancimi i baterisë nuk është i rëndësishëm vetëm për përmirësimin e performancës dhecikli i jetës së baterive, ai gjithashtu shton një faktor sigurie në paketën e baterive LiFePo4. Një nga teknologjitë në zhvillim për përmirësimin e sigurisë së baterisë dhe zgjatjen e jetëgjatësisë së baterisë. Teksa teknologjia e re e balancimit të baterive gjurmon sasinë e balancimit të kërkuar për qelizat individuale LiFePo4, ajo zgjat jetën e paketës së baterisë LiFePo4 dhe rrit sigurinë e përgjithshme të baterisë.