Як балансування клітинок подовжує термін служби батареї LifePo4?

Коли пристрої потребують довговічності та високої продуктивностіАкумулятор LifePo4, їм потрібно збалансувати кожну клітинку. Чому акумулятор LifePo4 потребує балансування батареї? Батареї LifePo4 піддаються багатьом характеристикам, таким як перенапруга, низька напруга, струм перезаряду та розряду, температурний витік і дисбаланс напруги батареї. Одним із найважливіших факторів є дисбаланс елементів, який змінює напругу кожного елемента в пакеті з часом, тим самим швидко зменшуючи ємність акумулятора. Коли акумуляторна батарея LifePo4 розроблена для використання кількох елементів послідовно, важливо розробити електричні характеристики для постійного балансування напруги елементів. Це не тільки для ефективності акумуляторної батареї, але й для оптимізації життєвого циклу. Потреба в доктрині полягає в тому, що балансування батареї відбувається до та після створення батареї та має виконуватися протягом усього життєвого циклу батареї, щоб підтримувати оптимальну продуктивність батареї! Використання балансування батареї дозволяє нам розробляти батареї з більшою ємністю для додатків, оскільки балансування дозволяє досягти вищого рівня заряду (SOC). Ви можете уявити, що з’єднуєте багато блоків LifePo4 Cell послідовно, ніби ви тягнете сани з багатьма їздовими собаками. Сани можна тягнути з максимальною ефективністю, лише якщо всі їздові собаки біжать з однаковою швидкістю. З чотирма їздовими собаками, якщо одна їздова собака біжить повільно, інші три їздові собаки також повинні зменшити свою швидкість, таким чином зменшуючи ефективність, і якщо одна їздова собака біжить швидше, вона в кінцевому підсумку тягне вантаж трьох інших їздових собак і шкодить собі. Таким чином, коли кілька елементів LifePo4 з’єднані послідовно, значення напруги всіх елементів мають бути однаковими, щоб отримати більш ефективний акумулятор LifePo4. Номінальна батарея LifePo4 має напругу лише близько 3,2 В, але вдомашні системи зберігання енергії, портативні джерела живлення, промислові, телекомунікаційні, електричні транспортні засоби та мікромережі, нам потрібна напруга набагато вище номінальної. Останніми роками акумуляторні батареї LifePo4 зіграли вирішальну роль в акумуляторних батареях і системах зберігання енергії завдяки своїй легкій вазі, високій щільності енергії, тривалому терміну служби, високій ємності, швидкому заряджанню, низькому рівню саморозряду та екологічності. Балансування елементів гарантує, що напруга та ємність кожного елемента LifePo4 будуть на одному рівні, інакше радіус дії та термін служби акумулятора LiFePo4 значно зменшаться, а продуктивність акумулятора погіршиться! Таким чином, баланс елементів LifePo4 є одним із найважливіших факторів у визначенні якості акумулятора. Під час роботи виникне невеликий розрив напруги, але ми можемо підтримувати його в прийнятному діапазоні за допомогою балансування елемента. Під час балансування елементи більшої ємності проходять повний цикл заряду/розряду. Без балансування осередку осередок із найменшою ємністю є слабким місцем. Балансування клітин є однією з основних функцій BMS разом із моніторингом температури, заряджанням та іншими функціями, які допомагають максимізувати термін служби упаковки. Інші причини балансування батареї: Акумулятор LifePo4 pcak використовує неповну енергію Поглинання більшого струму, ніж розраховано акумулятором, або коротке замикання акумулятора, швидше за все, призведе до передчасного виходу акумулятора з ладу. Коли акумуляторна батарея LifePo4 розряджається, слабші елементи розряджаються швидше, ніж здорові елементи, і досягають мінімальної напруги швидше, ніж інші елементи. Коли елемент досягає мінімальної напруги, весь акумуляторний блок також від’єднується від навантаження. Це призводить до невикористаної ємності акумуляторної батареї. Деградація клітин Коли елемент LifePo4 перезаряджається навіть трохи вище рекомендованої вартості, ефективність, а також термін служби елемента зменшується. Наприклад, незначне збільшення напруги зарядки з 3,2 В до 3,25 В виведе з ладу акумулятор швидше на 30%. Отже, якщо балансування елементів не є точним, також незначне перезарядження зменшить час роботи акумулятора. Неповна зарядка акумуляторної батареї Батареї LifePo4 виставляються за безперервний струм від 0,5 до 1,0. Напруга батареї LifePo4 зростає в міру того, як процес заряджання досягає повного заряду, після чого, як наслідок, падає. Подумайте про три клітини з 85 А·год, 86 А·год і 87 А·год відповідно та 100% SoC, і після цього всі клітинки звільняються, а також їх SoC зменшується. Ви можете швидко з’ясувати, що клітина 1 першою вичерпує енергію, враховуючи, що вона має найнижчу здатність. Коли живлення подається на блоки елементів, а також те саме, що існує, тече через елементи, ще раз клітина 1 зависає протягом заряджання, і її можна вважати повністю зарядженою, оскільки інші дві клітини повністю заряджені. Це означає, що клітини 1 мають знижену кулонометричну ефективність (CE) через самонагрівання клітини, що призводить до нерівності клітин. Thermal Runaway Найжахливіший момент, який може мати місце – це теплова втеча. Як ми розуміємолітієві елементидуже чутливі як до перезаряду, так і до перерозряду. У упаковці з 4 елементів, якщо один елемент має напругу 3,5 В, а інші – 3,2 В, заряд, безсумнівно, виставлятиме рахунки всім елементам разом, оскільки вони є послідовними, а також він виставлятиме рахунок для елемента 3,5 В на більшу, ніж рекомендовано, напругу, оскільки різні інші батареї все ще потребують заряджання. Це призводить до термічної викиду, коли ціна внутрішнього тепла перевищує швидкість, з якою тепло може вивільнятися. Це призводить до того, що акумуляторна батарея LifePo4 стає термічно неконтрольованою. Що викликає розбалансування клітинок в акумуляторах? Тепер ми розуміємо, чому важливо підтримувати збалансованість елементів акумуляторної батареї. Але щоб вирішити проблему належним чином, ми повинні з перших рук знати, чому клітини стають незбалансованими. Як було сказано раніше, коли акумуляторна батарея створюється шляхом послідовного розміщення елементів, забезпечується те, що всі елементи залишаються під однаковими рівнями напруги. Тож нова батарея завжди матиме фактично збалансовані елементи. Проте, коли пачка використовується, клітини виходять з рівноваги через відповідні фактори. Невідповідність SOC Вимірювання SOC клітини є складним; отже, виміряти SOC конкретних елементів батареї дуже складно. Оптимальний метод узгодження осередків повинен відповідати осередкам того самого SOC, а не однакових ступенів напруги (OCV). Але оскільки майже неможливо зіставити елементи лише за напругою під час створення пакета, варіант у SOC може з часом призвести до модифікації OCV. Варіант внутрішнього опору Надзвичайно важко знайти елементи з однаковим внутрішнім опором (ІЧ), і в міру старіння батареї ІЧ елемента додатково змінюється, тому в акумуляторній батареї не всі елементи матимуть однаковий ІЧ. Як ми розуміємо, ІЧ додає внутрішньої несприйнятливості комірки, яка визначає струм, що протікає через комірку. Оскільки ІЧ змінюється, струм через комірку, а також її напруга також стають різними. Рівень температури Здатність клітини до виставлення рахунків і звільнення також залежить від температури навколо неї. У великому акумуляторному блокі, як-от у електромобілів або сонячних батареях, елементи розподілені по сміттєвій зоні, і між самим блоком може бути різниця в температурі, що призводить до того, що один елемент заряджається або розряджається швидше, ніж решта елементів, що спричиняє нерівність. З наведених вище факторів стає зрозуміло, що ми не можемо запобігти дисбалансу клітин під час процедури. Таким чином, єдиний засіб - використовувати зовнішню систему, яка вимагає, щоб клітини знову збалансувалися після того, як вони вийшли з балансу. Ця система називається системою балансування батареї. Як досягти балансу акумуляторної батареї LiFePo4? Система керування акумулятором (BMS) Як правило, акумуляторна батарея LiFePo4 не може самостійно збалансувати акумулятор, цього можна досягтисистема управління акумулятором(BMS). Виробник батареї інтегрує функцію балансування батареї та інші функції захисту, такі як захист від перенапруги заряду, індикатор SOC, сигналізація/захист від перегріву тощо на цій платі BMS. Зарядний пристрій для літій-іонних акумуляторів з функцією балансування Також відомий як «балансний зарядний пристрій», зарядний пристрій інтегрує функцію балансу для підтримки різних батарей із різною кількістю рядів (наприклад, 1~6S). Навіть якщо ваш акумулятор не має плати BMS, ви можете заряджати літій-іонний акумулятор за допомогою цього зарядного пристрою для досягнення балансу. Балансувальна дошка Якщо ви використовуєте збалансований зарядний пристрій, ви також повинні під’єднати зарядний пристрій і батарею до балансувальної плати, вибравши певне гніздо на балансувальній платі. Модуль схеми захисту (PCM) Плата PCM — це електронна плата, яка підключається до акумуляторної батареї LiFePo4, і її основна функція — захистити батарею та користувача від несправності. Для забезпечення безпечного використання LiFePo4 батарея повинна працювати за дуже суворих параметрів напруги. Залежно від виробника батареї та хімії цей параметр напруги коливається від 3,2 В на комірку для розряджених батарей і 3,65 В на комірку для акумуляторних батарей. плата PCM контролює ці параметри напруги і відключає батарею від навантаження або зарядного пристрою, якщо вони перевищені. У випадку однієї або паралельно підключених батарей LiFePo4 це легко зробити, оскільки плата PCM контролює окремі напруги. Однак, коли кілька батарей з’єднані послідовно, плата PCM повинна контролювати напругу кожної батареї. Види балансування батареї Для акумуляторної батареї LiFePo4 розроблено різні алгоритми балансування батареї. Він поділяється на пасивні та активні методи балансування батареї на основі напруги батареї та SOC. Пасивне балансування батареї Технологія пасивного балансування батареї відокремлює надлишковий заряд від повністю зарядженої батареї LiFePo4 за допомогою резистивних елементів і надає всім елементам заряд, подібний до найнижчого заряду батареї LiFePo4. Цей метод надійніший і використовує менше компонентів, що дозволяє знизити загальну вартість системи. Однак ця технологія знижує ефективність системи, оскільки енергія розсіюється у вигляді тепла, яке генерує втрати енергії. Тому ця технологія підходить для додатків з низьким енергоспоживанням. Активне балансування батареї Активне балансування заряду – це рішення проблем, пов’язаних з акумуляторами LiFePo4. Техніка активного балансування елемента розряджає заряд LiFePo4 акумулятора з більшою енергією та передає його LiFePo4 акумулятору з меншою енергією. Порівняно з технологією пасивного балансування елементів, ця техніка економить енергію в модулі акумулятора LiFePo4, таким чином підвищуючи ефективність системи, і вимагає менше часу для балансування між елементами блоку акумуляторів LiFePo4, дозволяючи вищі струми заряджання. Навіть коли акумуляторна батарея LiFePo4 знаходиться в стані спокою, навіть ідеально підібрані батареї LiFePo4 втрачають заряд із різною швидкістю, оскільки швидкість саморозряду змінюється залежно від температурного градієнта: підвищення температури батареї на 10°C вже подвоює швидкість саморозряду. . Однак активне балансування заряду може відновити клітини до рівноваги, навіть якщо вони знаходяться в спокої. Однак ця техніка має складну схему, що збільшує загальну вартість системи. Таким чином, активне балансування комірки підходить для застосувань високої потужності. Існують різні топології схем активного балансування, класифіковані відповідно до компонентів накопичення енергії, таких як конденсатори, індуктори/трансформатори та електронні перетворювачі. Загалом, система активного керування батареями знижує загальну вартість акумуляторної батареї LiFePo4, оскільки не вимагає збільшення розміру елементів для компенсації дисперсії та нерівномірного старіння серед батарей LiFePo4. Активне керування батареєю стає критичним, коли старі елементи замінюються новими та є значні відмінності в акумуляторі LiFePo4. Оскільки системи активного керування батареями дозволяють встановлювати елементи з великими варіаціями параметрів у LiFePo4 акумуляторних блоках, продуктивність збільшується, а гарантія та витрати на технічне обслуговування зменшуються. Таким чином, системи активного керування батареєю сприяють продуктивності, надійності та безпеці акумуляторної батареї, одночасно допомагаючи зменшити витрати. Підведіть підсумки Щоб звести до мінімуму вплив дрейфу напруги клітини, дисбаланси повинні бути належним чином модеровані. Мета будь-якого балансувального рішення полягає в тому, щоб дозволити акумуляторній батареї LiFePo4 працювати на призначеному рівні продуктивності та збільшити її доступну ємність. Баланс батареї важливий не лише для покращення продуктивності тажиттєвий цикл акумуляторів, це також додає фактор безпеки LiFePo4батареї. Одна з найновіших технологій для покращення безпеки батареї та подовження терміну її служби. Оскільки нова технологія балансування батареї відстежує кількість балансування, необхідного для окремих елементів LiFePo4, вона продовжує термін служби акумуляторної батареї LiFePo4 і підвищує загальну безпеку батареї.