Hur cellbalansering förlänger LifePo4-batteripaketets livslängd?

När enheter behöver en långvarig, hög prestandaLifePo4 batteripaket, måste de balansera varje cell. Varför LifePo4-batteripaket behöver batteribalansering? LifePo4-batterier utsätts för många egenskaper såsom överspänning, underspänning, över- och urladdningsström, termisk rusning och obalans i batterispänningen. En av de viktigaste faktorerna är cellobalans, som ändrar spänningen för varje cell i paketet över tiden, vilket snabbt minskar batterikapaciteten. När LifePo4-batteripaketet är designat för att använda flera celler i serie är det viktigt att utforma de elektriska egenskaperna för att konsekvent balansera cellspänningarna. Detta är inte bara för batteripaketets prestanda, utan också för att optimera livscykeln. Behovet av doktrin är att batteribalansering sker före och efter att batteriet är byggt och måste göras under hela batteriets livscykel för att bibehålla optimal batteriprestanda! Användningen av batteribalansering gör att vi kan designa batterier med högre kapacitet för applikationer eftersom balansering gör att batteriet kan uppnå ett högre laddningstillstånd (SOC). Du kan tänka dig att seriekoppla många LifePo4 Cell-enheter som om du skulle dra en släde med många slädhundar. Släden kan endast dras med maximal effektivitet om alla slädhundar kör i samma hastighet. Med fyra slädhundar, om en slädhund springer långsamt, så måste de andra tre slädhundarna också minska sin hastighet, vilket minskar effektiviteten, och om en slädhund springer snabbare kommer den att sluta dra lasset av de andra tre slädhundarna och skada sig själv. Därför, när flera LifePo4-celler är anslutna i serie, bör spänningsvärdena för alla celler vara lika för att få ett mer effektivt LifePo4-batteripaket. Det nominella LifePo4-batteriet är klassat till endast cirka 3,2V, men inenergilagringssystem i hemmet, bärbara nätaggregat, industri-, telekom-, elfordons- och mikronätapplikationer behöver vi mycket högre än den nominella spänningen. De senaste åren har uppladdningsbara LifePo4-batterier spelat en avgörande roll i kraftbatterier och energilagringssystem på grund av deras låga vikt, höga energitäthet, långa livslängd, höga kapacitet, snabbladdning, låga självurladdningsnivåer och miljövänlighet. Cellbalansering säkerställer att spänningen och kapaciteten för varje LifePo4-cell är på samma nivå, annars kommer räckvidden och livslängden för LiFePo4-batteripaketet att reduceras kraftigt och batteriets prestanda försämras! Därför är LifePo4 cellbalans en av de viktigaste faktorerna för att bestämma kvaliteten på batteriet. Under drift kommer ett litet spänningsgap att uppstå, men vi kan hålla det inom ett acceptabelt område med hjälp av cellbalansering. Under balanseringen genomgår cellerna med högre kapacitet en full laddnings-/urladdningscykel. Utan cellbalansering är cellen med den långsammaste kapaciteten en svag punkt. Cellbalansering är en av BMS:s kärnfunktioner, tillsammans med temperaturövervakning, laddning och andra funktioner som hjälper till att maximera packlivslängden. Andra orsaker till batteribalansering: LifePo4 batteri pcak ofullständig energianvändning Att absorbera mer ström än vad batteriet är konstruerat för eller kortsluta batteriet är sannolikt att orsaka för tidigt batteriavbrott. När ett LifePo4-batteri laddas ur laddas svagare celler ur snabbare än friska celler, och de kommer att nå minimispänningen snabbare än andra celler. När en cell når lägsta spänning kopplas även hela batteripaketet från belastningen. Detta resulterar i en oanvänd kapacitet av batteripaketets energi. Cellnedbrytning När en LifePo4-cell är överladdad till och med lite över dess föreslagna värde reduceras effektiviteten och även cellens livsprocess. Som ett exempel kommer en mindre ökning av laddningsspänningen från 3,2V till 3,25V att bryta ner batteriet snabbare med 30 %. Så om cellbalanseringen inte är korrekt kommer också mindre överladdning att minska batteriets livslängd. Ofullständig laddning av ett cellpaket LifePo4-batterier faktureras med en kontinuerlig ström på mellan 0,5 och även 1,0 priser. LifePo4-batterispänningen stiger när laddningen fortsätter att komma till topp när den är helt fakturerad efter att den faller. Tänk på tre celler med 85 Ah, 86 Ah respektive 87 Ah och 100 procent SoC, så släpps alla celler efter det och även deras SoC minskar. Du kan snabbt ta reda på att cell 1 slutar med att vara den första som får slut på energi eftersom den har den lägsta kapaciteten. När strömmen sätts på cellpaketen och samma befintliga flyter via cellerna, återigen hänger cell 1 tillbaka under laddningen och kan anses vara fulladdad eftersom de olika andra två cellerna är helt laddade. Detta innebär att cell 1 har en reducerad Coulometric Effectiveness (CE) på grund av cellens självuppvärmning som resulterar i cellojämlikhet. Thermal Runaway Den mest hemska punkten som kan äga rum är termisk flykt. Som vi förstårlitiumcellerär mycket känsliga för både överladdning och överladdning. I ett paket med 4 celler, om en cell är 3,5 V medan de olika andra är 3,2 V, kommer laddningen säkerligen att fakturera alla celler tillsammans eftersom de är i serie och också kommer den att fakturera 3,5 V-cellen till en högre spänning än rekommenderad eftersom de olika andra batterier behöver fortfarande laddas. Detta leder till termisk flykt när priset för inre värmegenerering överstiger den hastighet med vilken det varma kan frigöras. Detta gör att LifePo4-batteripaketet blir termiskt okontrollerat. Vilka utlöser är cellobalansering i batteripaket? Nu förstår vi varför det är viktigt att hålla alla celler balanserade i ett batteripaket. Men för att ta itu med problemet på rätt sätt bör vi veta varför cellerna blir obalanserade från första hand. Som sagt tidigare när ett batteripaket skapas genom att placera cellerna i serie ser man till att alla celler förblir i samma spänningsnivåer. Så ett nytt batteripaket kommer alltid att ha faktiskt balanserade celler. Men när förpackningen tas i bruk kommer cellerna ur balans på grund av att de överensstämmer med faktorer. SOC-diskrepans Att mäta SOC för en cell är komplicerat; därför är det mycket komplicerat att mäta SOC för specifika celler i ett batteri. En optimal cellharmoniseringsmetod bör matcha cellerna i samma SOC istället för exakt samma spänningsgrader (OCV). Men eftersom det nästan inte är möjligt att celler matchas endast på spänningsvillkor när man gör ett paket, kan varianten i SOC resultera i en modifiering av OCV i sinom tid. Interiörmotståndsvariant Det är extremt svårt att hitta celler med samma interna resistans (IR) och när batteriet åldras förändras cellens IR dessutom och därför kommer inte alla celler i ett batteripaket att ha samma IR. Som vi förstår bidrar IR till cellens inre okänslighet, vilket bestämmer strömmen som strömmar genom en cell. Eftersom IR varieras strömmen via cellen och även dess spänning blir också annorlunda. Temperaturnivå Cellens fakturerings- och frigöringsförmåga beror också på temperaturen runt den. I ett betydande batteripaket som i elbilar eller solcellspaneler är cellerna fördelade över ett avfallsområde och det kan finnas en temperaturskillnad mellan själva paketet vilket skapar en cell som laddas eller laddas ur snabbare än de återstående cellerna, vilket orsakar en ojämlikhet. Av ovanstående faktorer är det tydligt att vi inte kan förhindra att celler blir obalanserade under hela proceduren. Så det enda botemedlet är att använda ett yttre system som kräver att cellerna balanseras igen efter att de blivit obalanserade. Detta system kallas Battery Balancing System. Hur uppnår man LiFePo4-batteribalans? Batterihanteringssystem (BMS) I allmänhet kan LiFePo4-batteripaket inte uppnå batteribalansering av sig självt, det kan uppnås genombatterihanteringssystem(BMS). Batteritillverkaren kommer att integrera batteribalanseringsfunktionen och andra skyddsfunktioner såsom laddningsöverspänningsskydd, SOC-indikator, övertemperaturlarm/skydd etc. på detta BMS-kort. Li-ion batteriladdare med balanseringsfunktion Även känd som en "balansbatteriladdare", integrerar laddaren en balansfunktion för att stödja olika batterier med olika antal strängar (t.ex. 1~6S). Även om ditt batteri inte har ett BMS-kort kan du ladda ditt Li-ion-batteri med denna batteriladdare för att uppnå balansering. Balanseringsbräda När du använder en balanserad batteriladdare måste du även ansluta laddaren och ditt batteri till balanskortet genom att välja ett specifikt uttag från balanskortet. Skyddskretsmodul (PCM) PCM-kortet är ett elektroniskt kort som är anslutet till LiFePo4-batteripaketet och dess huvudsakliga funktion är att skydda batteriet och användaren från funktionsfel. För att säkerställa säker användning måste LiFePo4-batteriet fungera under mycket strikta spänningsparametrar. Beroende på batteritillverkare och kemi varierar denna spänningsparameter mellan 3,2 V per cell för urladdade batterier och 3,65 V per cell för laddningsbara batterier. PCM-kortet övervakar dessa spänningsparametrar och kopplar bort batteriet från lasten eller laddaren om de överskrids. I fallet med ett enstaka LiFePo4-batteri eller flera LiFePo4-batterier kopplade parallellt, är detta enkelt att åstadkomma eftersom PCM-kortet övervakar de individuella spänningarna. Men när flera batterier är anslutna i serie måste PCM-kortet övervaka spänningen för varje batteri. Typer av batteribalansering Olika batteribalanseringsalgoritmer har utvecklats för LiFePo4-batteripaket. Den är uppdelad i passiva och aktiva batteribalanseringsmetoder baserade på batterispänning och SOC. Passiv batteribalansering Den passiva batteribalanseringstekniken separerar överskottsladdningen från ett fullt strömsatt LiFePo4-batteri genom resistiva element och ger alla celler en liknande laddning som den lägsta LiFePo4-batteriladdningen. Denna teknik är mer tillförlitlig och använder färre komponenter, vilket minskar den totala systemkostnaden. Tekniken minskar dock systemets effektivitet då energi försvinner i form av värme som genererar energiförluster. Därför är denna teknik lämplig för lågeffektapplikationer. Aktiv batteribalansering Aktiv laddningsbalansering är en lösning på de utmaningar som är förknippade med LiFePo4-batterier. Den aktiva cellbalanseringstekniken laddar ur laddningen från LiFePo4-batteriet med högre energi och överför det till LiFePo4-batteriet med lägre energi. Jämfört med passiv cellbalanseringsteknik sparar denna teknik energi i LiFePo4-batterimodulen, vilket ökar systemets effektivitet och kräver mindre tid för att balansera mellan LiFePo4-batteripaketets celler, vilket möjliggör högre laddningsströmmar. Även när LiFePo4-batteripaketet är i vila, förlorar även perfekt matchade LiFePo4-batterier laddning i olika hastigheter eftersom självurladdningshastigheten varierar beroende på temperaturgradienten: en 10°C ökning av batteritemperaturen fördubblar redan självurladdningshastigheten . Aktiv laddningsbalansering kan dock återställa celler till jämvikt, även om de är i vila. Denna teknik har emellertid komplexa kretsar, vilket ökar den totala systemkostnaden. Därför är aktiv cellbalansering lämplig för applikationer med hög effekt. Det finns olika aktiva balanseringskretstopologier klassificerade efter energilagringskomponenter, såsom kondensatorer, induktorer/transformatorer och elektroniska omvandlare. Sammantaget minskar det aktiva batterihanteringssystemet den totala kostnaden för LiFePo4-batteripaketet eftersom det inte kräver överdimensionering av cellerna för att kompensera för spridning och ojämn åldring bland LiFePo4-batterierna. Aktiv batterihantering blir kritisk när gamla celler ersätts med nya celler och det finns betydande variation inom LiFePo4-batteripaketet. Eftersom aktiva batterihanteringssystem gör det möjligt att installera celler med stora parametervariationer i LiFePo4-batteripaket, ökar produktionsutbytet samtidigt som garanti- och underhållskostnaderna minskar. Därför gynnar aktiva batterihanteringssystem batteripaketets prestanda, tillförlitlighet och säkerhet, samtidigt som de hjälper till att minska kostnaderna. Sammanfatta För att minimera effekterna av cellspänningsdrift måste obalanser modereras ordentligt. Målet med alla balanseringslösningar är att låta LiFePo4-batteripaketet fungera på avsedd prestandanivå och utöka dess tillgängliga kapacitet. Batteribalansering är inte bara viktigt för att förbättra prestandan ochbatteriernas livscykel, det lägger också till en säkerhetsfaktor till LiFePo4-batteripaketet. En av de framväxande teknologierna för att förbättra batterisäkerheten och förlänga batteritiden. Eftersom den nya batteribalanseringstekniken spårar mängden balansering som krävs för individuella LiFePo4-celler, förlänger den livslängden på LiFePo4-batteripaketet och förbättrar den övergripande batterisäkerheten.