Khi thiết bị cần một thiết bị có hiệu suất cao, lâu dàiBộ pin LifePo4, họ cần cân bằng từng tế bào. 
Tại sao bộ pin LifePo4 cần cân bằng pin？ Pin LifePo4 phải chịu nhiều đặc điểm như quá điện áp, thiếu điện áp, quá tải và dòng phóng điện, thoát nhiệt và mất cân bằng điện áp pin. Một trong những yếu tố quan trọng nhất là sự mất cân bằng tế bào, làm thay đổi điện áp của từng tế bào trong gói theo thời gian, do đó làm giảm nhanh dung lượng pin. Khi bộ pin LifePo4 được thiết kế để sử dụng nhiều ô nối tiếp, điều quan trọng là phải thiết kế các đặc tính điện để cân bằng điện áp của các ô một cách nhất quán. Điều này không chỉ vì hiệu suất của bộ pin mà còn để tối ưu hóa vòng đời. Điều cần thiết của học thuyết là việc cân bằng pin xảy ra trước và sau khi pin được tạo ra và phải được thực hiện trong suốt vòng đời của pin để duy trì hiệu suất pin tối ưu! Việc sử dụng cân bằng pin cho phép chúng ta thiết kế pin có dung lượng cao hơn cho các ứng dụng vì việc cân bằng cho phép pin đạt được trạng thái sạc (SOC) cao hơn. Bạn có thể tưởng tượng việc kết nối nhiều đơn vị LifePo4 Cell thành chuỗi giống như thể bạn đang kéo một chiếc xe trượt tuyết với nhiều chú chó kéo xe. Xe trượt chỉ có thể được kéo với hiệu quả tối đa nếu tất cả chó kéo xe đều chạy với tốc độ như nhau. Với bốn con chó kéo xe, nếu một con chó kéo xe chạy chậm thì ba con chó kéo xe còn lại cũng phải giảm tốc độ, do đó làm giảm hiệu quả, và nếu một con chó kéo xe chạy nhanh hơn thì cuối cùng nó sẽ kéo tải của ba con chó kéo xe còn lại và tự làm tổn thương chính mình. Do đó, khi nhiều ô LifePo4 được kết nối nối tiếp, giá trị điện áp của tất cả các ô phải bằng nhau để có được bộ pin LifePo4 hiệu quả hơn. 
Pin LifePo4 danh nghĩa chỉ được đánh giá ở mức khoảng 3,2V, nhưng ởhệ thống lưu trữ năng lượng gia đình, nguồn điện di động, ứng dụng công nghiệp, viễn thông, xe điện và lưới điện siêu nhỏ, chúng ta cần điện áp cao hơn nhiều so với điện áp danh định. Trong những năm gần đây, pin LifePo4 có thể sạc lại đã đóng một vai trò quan trọng trong pin điện và hệ thống lưu trữ năng lượng do trọng lượng nhẹ, mật độ năng lượng cao, tuổi thọ cao, công suất cao, sạc nhanh, mức độ tự xả thấp và thân thiện với môi trường. Cân bằng tế bào đảm bảo rằng điện áp và công suất của từng tế bào LifePo4 ở cùng mức, nếu không, phạm vi hoạt động và tuổi thọ của bộ pin LiFePo4 sẽ giảm đi đáng kể và hiệu suất của pin sẽ bị suy giảm! Vì vậy, cân bằng cell LifePo4 là một trong những yếu tố quan trọng nhất quyết định chất lượng của pin. Trong quá trình hoạt động, sẽ xảy ra một khoảng chênh lệch điện áp nhỏ nhưng chúng ta có thể giữ nó trong phạm vi chấp nhận được bằng cách cân bằng tế bào. Trong quá trình cân bằng, các tế bào có dung lượng cao hơn sẽ trải qua chu kỳ sạc/xả đầy đủ. Nếu không có sự cân bằng tế bào, tế bào có công suất chậm nhất chính là điểm yếu. Cân bằng tế bào là một trong những chức năng cốt lõi của BMS, cùng với việc theo dõi nhiệt độ, sạc pin và các chức năng khác giúp tối đa hóa tuổi thọ của gói. Các lý do khác để cân bằng pin: Pin LifePo4 sử dụng năng lượng không đầy đủ Việc hấp thụ nhiều dòng điện hơn mức thiết kế của pin hoặc làm chập mạch pin rất có thể khiến pin bị hỏng sớm. Khi bộ pin LifePo4 đang xả, các tế bào yếu hơn sẽ xả nhanh hơn các tế bào khỏe mạnh và chúng sẽ đạt điện áp tối thiểu nhanh hơn các tế bào khác. Khi một tế bào đạt đến điện áp tối thiểu, toàn bộ bộ pin cũng bị ngắt khỏi tải. Điều này dẫn đến dung lượng năng lượng của bộ pin không được sử dụng. Suy thoái tế bào Khi một tế bào LifePo4 bị sạc quá mức thậm chí vượt quá giá trị đề xuất một chút thì hiệu quả và quá trình sống của tế bào cũng bị giảm. Ví dụ, một sự tăng nhẹ điện áp sạc từ 3,2V lên 3,25V sẽ làm pin hỏng nhanh hơn 30%. Vì vậy, nếu cân bằng tế bào không chính xác thì việc sạc quá mức nhỏ cũng sẽ làm giảm thời lượng sử dụng pin. Sạc gói di động không đầy đủ Pin LifePo4 được sạc ở dòng điện liên tục trong khoảng từ 0,5 đến 1,0. Điện áp của pin LifePo4 tăng lên khi quá trình sạc đạt đến đỉnh điểm khi được sạc đầy và sau đó giảm xuống. Hãy xem xét ba ô có 85 Ah, 86 Ah và 87 Ah tương ứng và 100% SoC, sau đó tất cả các ô đều được giải phóng và SoC của chúng cũng giảm. Bạn có thể nhanh chóng phát hiện ra rằng ô 1 sẽ là ô đầu tiên hết năng lượng vì nó có công suất thấp nhất. Khi nguồn được cấp vào các gói di động và dòng điện tương tự đang chạy qua các tế bào, một lần nữa, tế bào 1 bị treo lại trong khi sạc và có thể được coi là đã sạc đầy khi hai tế bào còn lại đã được sạc đầy. Điều này có nghĩa là các ô 1 có Hiệu suất Điện lượng kế (CE) giảm do khả năng tự làm nóng của ô dẫn đến sự bất bình đẳng trong ô. Chạy trốn nhiệt Điểm khủng khiếp nhất có thể xảy ra là sự thoát nhiệt. Theo chúng tôi hiểutế bào lithiumrất nhạy cảm với việc sạc quá mức cũng như xả quá mức. Trong một gói gồm 4 ô, nếu một ô là 3,5 V trong khi các ô khác là 3,2 V, điện tích chắc chắn sẽ tính phí cho tất cả các ô cùng nhau vì chúng nối tiếp và nó sẽ tính phí cho ô 3,5 V lớn hơn điện áp khuyến nghị vì các điện áp khác nhau các loại pin khác vẫn cần được sạc. Điều này dẫn đến hiện tượng thoát nhiệt khi tốc độ sinh nhiệt bên trong vượt quá tốc độ tỏa nhiệt. Điều này khiến bộ pin LifePo4 trở nên mất kiểm soát về nhiệt. Điều gì gây nên tình trạng mất cân bằng tế bào trong bộ pin? Bây giờ chúng ta đã hiểu tại sao việc giữ cân bằng tất cả các ô trong một bộ pin là điều cần thiết. Tuy nhiên, để giải quyết vấn đề một cách thích hợp, chúng ta nên biết tại sao các tế bào lại mất cân bằng ngay từ đầu. Như đã nói trước đó, khi một bộ pin được tạo ra bằng cách xếp các ô nối tiếp nhau, nó phải đảm bảo rằng tất cả các ô vẫn ở cùng mức điện áp. Vì vậy, một bộ pin mới sẽ luôn có các tế bào thực sự cân bằng. Tuy nhiên, khi gói được đưa vào sử dụng, các tế bào sẽ mất cân bằng do các yếu tố tuân thủ. Sự khác biệt SOC Việc đo SOC của một tế bào rất phức tạp; do đó việc đánh giá SOC của các ô cụ thể trong pin là rất phức tạp. Phương pháp hài hòa tế bào tối ưu phải phù hợp với các tế bào của cùng một SOC thay vì cùng mức điện áp (OCV). Nhưng vì hầu như không thể có các tế bào chỉ khớp với nhau về mặt điện áp khi tạo một gói, nên biến thể trong SOC có thể dẫn đến sự sửa đổi trong OCV vào thời điểm thích hợp. Biến thể kháng nội thất Rất khó để tìm thấy các ô có cùng Điện trở trong (IR) và theo tuổi thọ của pin, IR của ô cũng bị thay đổi và do đó trong một bộ pin, không phải tất cả các ô đều có cùng IR. Như chúng ta hiểu, IR bổ sung vào tính không nhạy cảm bên trong của tế bào, yếu tố này xác định dòng điện chạy qua tế bào. Bởi vì IR thay đổi nên dòng điện qua tế bào và điện áp của nó cũng khác nhau. Mức nhiệt độ Khả năng sạc và giải phóng của tế bào cũng phụ thuộc vào nhiệt độ xung quanh nó. Trong một bộ pin lớn như trong xe điện hoặc mảng năng lượng mặt trời, các tế bào được phân bổ trên một khu vực lãng phí và có thể có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các gói khiến một tế bào sạc hoặc xả nhanh hơn các tế bào còn lại gây ra sự bất bình đẳng. Từ những yếu tố trên, rõ ràng là chúng ta không thể ngăn các tế bào bị mất cân bằng trong suốt quy trình. Vì vậy, biện pháp khắc phục duy nhất là sử dụng một hệ thống bên ngoài yêu cầu các tế bào cân bằng lại một lần nữa sau khi chúng mất cân bằng. Hệ thống này được gọi là Hệ thống cân bằng pin. 
Làm thế nào để đạt được sự cân bằng của bộ pin LiFePo4? Hệ thống quản lý pin (BMS) Nói chung, bộ pin LiFePo4 không thể tự cân bằng pin mà có thể đạt được bằng cáchhệ thống quản lý pin(BMS). Nhà sản xuất pin sẽ tích hợp chức năng cân bằng pin và các chức năng bảo vệ khác như bảo vệ quá điện áp sạc, đèn báo SOC, cảnh báo/bảo vệ quá nhiệt, v.v. trên bo mạch BMS này. Bộ sạc pin Li-ion có chức năng cân bằng Còn được gọi là “bộ sạc pin cân bằng”, bộ sạc tích hợp chức năng cân bằng để hỗ trợ các loại pin khác nhau có số lượng dây khác nhau (ví dụ: 1~6S). Ngay cả khi pin của bạn không có bo mạch BMS, bạn vẫn có thể sạc pin Li-ion bằng bộ sạc pin này để đạt được sự cân bằng. Ban cân bằng Khi sử dụng bộ sạc pin cân bằng, bạn cũng phải kết nối bộ sạc và pin của mình với bảng cân bằng bằng cách chọn một ổ cắm cụ thể từ bảng cân bằng. Mô-đun mạch bảo vệ (PCM) Bo mạch PCM là một bảng điện tử được kết nối với bộ pin LiFePo4 và chức năng chính của nó là bảo vệ pin và người dùng khỏi sự cố. Để đảm bảo sử dụng an toàn, pin LiFePo4 phải hoạt động với thông số điện áp rất nghiêm ngặt. Tùy thuộc vào nhà sản xuất pin và chất hóa học, thông số điện áp này thay đổi trong khoảng 3,2 V mỗi cell đối với pin đã xả và 3,65 V mỗi cell đối với pin sạc. bo mạch PCM giám sát các thông số điện áp này và ngắt kết nối pin khỏi tải hoặc bộ sạc nếu chúng vượt quá. Trong trường hợp một pin LiFePo4 hoặc nhiều pin LiFePo4 được kết nối song song, điều này có thể thực hiện dễ dàng vì bảng PCM giám sát các điện áp riêng lẻ. Tuy nhiên, khi nhiều pin mắc nối tiếp, bo mạch PCM phải giám sát điện áp của từng pin. Các loại cân bằng pin Nhiều thuật toán cân bằng pin khác nhau đã được phát triển cho bộ pin LiFePo4. Nó được chia thành các phương pháp cân bằng pin thụ động và chủ động dựa trên điện áp pin và SOC. 
Cân bằng pin thụ động Kỹ thuật cân bằng pin thụ động sẽ tách lượng điện dư thừa từ pin LiFePo4 đã được cấp năng lượng đầy đủ thông qua các phần tử điện trở và cung cấp cho tất cả các tế bào một mức sạc tương tự với mức sạc pin LiFePo4 thấp nhất. Kỹ thuật này đáng tin cậy hơn và sử dụng ít thành phần hơn, do đó giảm chi phí tổng thể của hệ thống. Tuy nhiên, công nghệ này làm giảm hiệu quả của hệ thống vì năng lượng bị tiêu tán dưới dạng nhiệt tạo ra tổn thất năng lượng. Vì vậy, công nghệ này phù hợp cho các ứng dụng năng lượng thấp. 
Cân bằng pin chủ động Cân bằng sạc chủ động là giải pháp cho những thách thức liên quan đến pin LiFePo4. Kỹ thuật cân bằng tế bào hoạt động xả điện tích từ pin LiFePo4 năng lượng cao hơn và chuyển nó sang pin LiFePo4 năng lượng thấp hơn. So với công nghệ cân bằng tế bào thụ động, kỹ thuật này giúp tiết kiệm năng lượng trong mô-đun pin LiFePo4, nhờ đó tăng hiệu suất của hệ thống và cần ít thời gian hơn để cân bằng giữa các tế bào của bộ pin LiFePo4, cho phép dòng sạc cao hơn. Ngay cả khi bộ pin LiFePo4 ở trạng thái nghỉ, ngay cả những pin LiFePo4 phù hợp hoàn hảo cũng bị mất điện ở các mức độ khác nhau vì tốc độ tự xả thay đổi tùy theo độ dốc nhiệt độ: nhiệt độ pin tăng 10°C đã tăng gấp đôi tốc độ tự xả . Tuy nhiên, cân bằng điện tích hoạt động có thể khôi phục tế bào về trạng thái cân bằng, ngay cả khi chúng ở trạng thái nghỉ. Tuy nhiên, kỹ thuật này có mạch điện phức tạp, làm tăng chi phí tổng thể của hệ thống. Do đó, cân bằng tế bào chủ động phù hợp cho các ứng dụng có công suất cao. Có nhiều cấu trúc liên kết mạch cân bằng chủ động khác nhau được phân loại theo các thành phần lưu trữ năng lượng, chẳng hạn như tụ điện, cuộn cảm/máy biến áp và bộ chuyển đổi điện tử. Nhìn chung, hệ thống quản lý pin hoạt động giúp giảm chi phí chung của bộ pin LiFePo4 vì nó không yêu cầu kích thước tế bào quá lớn để bù đắp cho sự phân tán và lão hóa không đồng đều giữa các pin LiFePo4. Việc quản lý pin chủ động trở nên quan trọng khi pin cũ được thay thế bằng pin mới và có sự thay đổi đáng kể trong bộ pin LiFePo4. Vì hệ thống quản lý pin đang hoạt động cho phép lắp đặt các tế bào có thông số thay đổi lớn trong bộ pin LiFePo4 nên năng suất sản xuất tăng trong khi chi phí bảo hành và bảo trì giảm. Do đó, hệ thống quản lý pin chủ động sẽ mang lại lợi ích cho hiệu suất, độ tin cậy và độ an toàn của bộ pin, đồng thời giúp giảm chi phí. Tóm tắt Để giảm thiểu ảnh hưởng của sự trôi điện áp trong tế bào, sự mất cân bằng phải được điều chỉnh hợp lý. Mục tiêu của bất kỳ giải pháp cân bằng nào là cho phép bộ pin LiFePo4 hoạt động ở mức hiệu suất dự định và mở rộng công suất khả dụng. Cân bằng pin không chỉ quan trọng để cải thiện hiệu suất vàvòng đời của pin, nó cũng bổ sung thêm yếu tố an toàn cho gói pin LiFePo4. Một trong những công nghệ mới nổi giúp cải thiện độ an toàn của pin và kéo dài tuổi thọ pin. Khi công nghệ cân bằng pin mới theo dõi lượng cân bằng cần thiết cho từng tế bào LiFePo4 riêng lẻ, nó sẽ kéo dài tuổi thọ của bộ pin LiFePo4 và tăng cường độ an toàn tổng thể của pin.
Thời gian đăng: May-08-2024