När enheter behöver långvarig och högpresterandeLifePo4-batteripaket, de behöver balansera varje cell. 
Varför behöver LifePo4-batteripaketet balanseras? LifePo4-batterier utsätts för många egenskaper, såsom överspänning, underspänning, överladdnings- och urladdningsström, termisk rusning och obalans i batterispänningen. En av de viktigaste faktorerna är cellobalans, vilket förändrar spänningen för varje cell i paketet över tid, vilket snabbt minskar batterikapaciteten. När LifePo4-batteripaketet är utformat 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 batteriets prestanda, utan också för att optimera livscykeln. Behovet av doktrin är att batteribalansering sker före och efter att batteriet byggs och måste göras under hela batteriets livscykel för att bibehålla optimal batteriprestanda! Användningen av batteribalansering gör det möjligt för oss att designa batterier med högre kapacitet för applikationer eftersom balansering gör att batteriet kan uppnå ett högre laddningstillstånd (SOC). Du kan föreställa dig att seriekoppla många LifePo4-cellenheter som om du drar en släde med många slädhundar. Släden kan bara dras med maximal effektivitet om alla slädhundar kör med samma hastighet. Med fyra slädhundar, om en slädhund kör långsamt, måste de andra tre slädhundarna också minska sin hastighet, vilket minskar effektiviteten, och om en slädhund kör snabbare kommer den att dra lasten från de andra tre slädhundarna och skada sig själv. Därför, när flera LifePo4-celler är seriekopplade, bör spänningsvärdena för alla celler vara lika för att få ett mer effektivt LifePo4-batteripaket. 
Det nominella LifePo4-batteriet är endast klassat för cirka 3,2 V, men ienergilagringssystem för hemmet, bärbara strömförsörjningar, industri, telekom, elfordon och mikronät, behöver vi mycket högre spänning än den nominella. Under senare år har laddningsbara LifePo4-batterier spelat en avgörande roll i kraftbatterier och energilagringssystem på grund av deras låga vikt, höga energitäthet, långa livslängd, höga kapacitet, snabba laddning, 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 minskas kraftigt och batteriets prestanda försämras! Därför är LifePo4-cellbalansering en av de viktigaste faktorerna för att bestämma batteriets kvalitet. Under drift kommer ett litet spänningsgap att uppstå, men vi kan hålla det inom ett acceptabelt intervall med hjälp av cellbalansering. Under balanseringen genomgår cellerna med högre kapacitet en fullständig laddnings-/urladdningscykel. Utan cellbalansering är cellen med den lägsta kapaciteten en svag punkt. Cellbalansering är en av BMS:s kärnfunktioner, tillsammans med temperaturövervakning, laddning och andra funktioner som hjälper till att maximera paketets livslängd. Andra skäl till att balansera batteriet: LifePo4-batteripaket ofullständig energiförbrukning Att absorbera mer ström än batteriet är konstruerat för eller att kortsluta batteriet är mest sannolikt orsak till förtida batterifel. När ett LifePo4-batteri urladdas kommer svagare celler att urladdas snabbare än friska celler, och de kommer att nå minimispänning snabbare än andra celler. När en cell når minimispänning kopplas även hela batteripaketet bort från lasten. Detta resulterar i en outnyttjad kapacitet av batteripaketets energi. Cellnedbrytning När en LifePo4-cell överladdas, även lite över dess rekommenderade värde, minskar både effektiviteten och livslängden. Till exempel kommer en mindre ökning av laddningsspänningen från 3,2 V till 3,25 V att bryta ner batteriet snabbare med 30 %. Så om cellbalanseringen inte är korrekt kommer även mindre överladdning att minska batteriets livslängd. Ofullständig laddning av ett batteripaket LifePo4-batterier debiteras med en kontinuerlig ström på mellan 0,5 och 1,0 laddningshastigheter. LifePo4-batteriets spänning stiger allt eftersom laddningen fortsätter och når sin topp när den är helt debiterad och därefter sjunker. Tänk dig tre celler med 85 Ah, 86 Ah respektive 87 Ah och 100 procent SoC, och alla celler laddas sedan ur och deras SoC minskar. Du kan snabbt upptäcka att cell 1 blir den första som får slut på ström eftersom den har den lägsta kapaciteten. När ström slås på cellpaketen och samma ström flyter genom cellerna, återigen, hänger cell 1 tillbaka under laddningen och kan anses vara fulladdad eftersom de andra två cellerna är fulladdade. Detta innebär att cell 1 har en lägre coulometrisk effektivitet (CE) på grund av cellens självuppvärmning vilket leder till cellojämnhet. Termisk rusning Det värsta som kan hända är termisk rusning. Som vi förstårlitiumcellerär mycket känsliga för överladdning såväl som överurladdning. I ett paket med fyra celler, om en cell är 3,5 V medan de andra är 3,2 V, kommer laddningen att debitera alla celler tillsammans eftersom de är i serie och den kommer att debitera 3,5 V-cellen till högre spänning än rekommenderad eftersom de andra batterierna fortfarande behöver laddas. Detta leder till termisk rusning när hastigheten på intern värmegenerering överstiger den hastighet med vilken värmen kan frigöras. Detta gör att LifePo4-batteriet blir termiskt okontrollerat. Vad utlöser cellobalans i batteripaket? Nu förstår vi varför det är viktigt att hålla alla celler balanserade i ett batteripaket. Men för att åtgärda problemet på rätt sätt måste vi först förstå varför cellerna blir obalanserade. Som tidigare nämnts, när ett batteripaket tillverkas genom att placera cellerna i serie, säkerställs det att alla celler förblir på samma spänningsnivåer. Så ett nytt batteripaket kommer alltid att ha balanserade celler. Men när paketet tas i bruk blir cellerna obalanserade på grund av följande faktorer. SOC-avvikelse Att mäta en cells SOC är komplicerat; därför är det mycket invecklat att mäta SOC för specifika celler i ett batteri. En optimal cellharmoniseringsmetod bör matcha celler med samma SOC istället för exakt samma spänningsnivåer (OCV). Men eftersom det är nästan omöjligt att celler matchas endast spänningsmässigt när man tillverkar ett batteri, kan varianten i SOC resultera i en modifiering i OCV så småningom. Variant av inre motstånd Det är extremt svårt att hitta celler med samma inre resistans (IR) och allt eftersom batteriet åldras förändras även cellens IR, vilket innebär att inte alla celler i ett batteri har samma IR. Som vi förstår bidrar IR till cellens inre okänslighet, vilket avgör strömmen som flyter genom cellen. Eftersom IR varierar varierar även strömmen genom cellen och dess spänning. Temperaturnivå Cellens laddnings- och urladdningsförmåga beror också på temperaturen runt omkring den. I ett större batteripaket, som i elbilar eller solcellspaneler, är cellerna fördelade över ett avfallsområde och det kan finnas en temperaturskillnad mellan själva paketet, vilket gör att en cell laddas eller urladdas snabbare än de återstående cellerna, vilket orsakar en ojämnhet. Av ovanstående faktorer är det tydligt att vi inte kan förhindra att celler hamnar i obalans under processens gång. Så den enda lösningen är att använda ett externt system som kräver att cellerna balanseras igen efter att de hamnat i obalans. Detta system kallas batteribalanseringssystemet. 
Hur uppnår man balans i LiFePo4-batteripaketet? Batterihanteringssystem (BMS) Generellt sett kan inte LiFePo4-batterier uppnå batteribalansering på egen hand, det kan uppnås genombatterihanteringssystem(BMS). Batteritillverkaren integrerar batteribalanseringsfunktionen och andra skyddsfunktioner såsom överspänningsskydd, SOC-indikator, övertemperaturlarm/skydd etc. på detta BMS-kort. Li-jonbatteriladdare med balanseringsfunktion Laddaren, även känd som en "balanserad batteriladdare", har en integrerad balansfunktion för att stödja olika batterier med olika strängantal (t.ex. 1~6S). Även om ditt batteri inte har ett BMS-kort kan du ladda ditt litiumjonbatteri med denna batteriladdare för att uppnå balansering. Balanseringsbräda När du använder en balanserad batteriladdare måste du också ansluta laddaren och batteriet till balanseringskortet genom att välja ett specifikt uttag från balanseringskortet. 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 drivas 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. Om det gäller ett enda LiFePo4-batteri eller flera LiFePo4-batterier som är parallellt anslutna, är detta enkelt att åstadkomma eftersom PCM-kortet övervakar de individuella spänningarna. Men när flera batterier är seriekopplade måste PCM-kortet övervaka spänningen för varje batteri. Typer av batteribalansering Olika batteribalanseringsalgoritmer har utvecklats för LiFePo4-batteripaket. De är indelade i passiva och aktiva batteribalanseringsmetoder baserade på batterispänning och SOC. 
Passiv batteribalansering Den passiva batteribalanseringstekniken separerar överskottsladdningen från ett fullt laddat LiFePo4-batteri genom resistiva element och ger alla celler en liknande laddning som det lägsta LiFePo4-batteriets laddning. Denna teknik är mer tillförlitlig och använder färre komponenter, vilket minskar den totala systemkostnaden. Tekniken minskar dock systemets effektivitet eftersom energi avges i form av värme som genererar energiförlust. Därför är denna teknik lämplig för applikationer med låg effekt. 
Aktiv batteribalansering Aktiv laddningsbalansering är en lösning på de utmaningar som är förknippade med LiFePo4-batterier. Den aktiva cellbalanseringstekniken urladdar laddningen från LiFePo4-batteriet med högre energi och överför den 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 balansering mellan LiFePo4-batteripaketets celler, vilket möjliggör högre laddningsströmmar. Även när LiFePo4-batteripaketet är i vila förlorar även perfekt matchade LiFePo4-batterier laddning i olika takt eftersom självurladdningshastigheten varierar beroende på temperaturgradienten: en ökning av batteritemperaturen med 10 °C fördubblar redan självurladdningshastigheten. Aktiv laddningsbalansering kan dock återställa cellerna till jämvikt, även om de är i vila. Denna teknik har dock komplexa kretsar, vilket ökar den totala systemkostnaden. Därför är aktiv cellbalansering lämplig för högeffektsapplikationer. 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 avgörande när gamla celler ersätts med nya celler och det finns betydande variationer inom LiFePo4-batteripaketet. Eftersom aktiva batterihanteringssystem gör det möjligt att installera celler med stora parametervariationer i LiFePo4-batteripaket, ökar produktionsutbytet medan garanti- och underhållskostnaderna minskar. Därför gynnar aktiva batterihanteringssystem batteripaketets prestanda, tillförlitlighet och säkerhet, samtidigt som de bidrar 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 med sin avsedda prestandanivå och att utöka dess tillgängliga kapacitet. Batteribalansering är inte bara viktigt för att förbättra prestandan ochbatteriernas livscykel, det tillför också en säkerhetsfaktor till LiFePo4-batteripaketet. En av de framväxande teknikerna för att förbättra batterisäkerheten och förlänga batterilivslängden. Eftersom den nya batteribalanseringstekniken spårar mängden balansering som krävs för enskilda LiFePo4-celler, förlänger den livslängden på LiFePo4-batteripaketet och förbättrar den övergripande batterisäkerheten.
Publiceringstid: 8 maj 2024