電池平衡如何延長LifePo4電池組壽命？

當設備需要持久、高效能時LifePo4電池組，他們需要平衡每個細胞。 為什麼LifePo4電池組需要電池平衡？ LifePo4電池存在過壓、欠壓、過充放電電流、熱失控、電池電壓不平衡等多種特性。最重要的因素之一是電池不平衡，它會隨著時間的推移改變電池組中每個電池的電壓，從而迅速降低電池容量。當 LifePo4 電池組設計為使用多個串聯電池時，設計電氣特性以始終平衡電池電壓非常重要。這不僅是為了電池組的效能，也是為了優化生命週期。原則的需要是，電池平衡發生在電池構建之前和之後，並且必須在電池的整個生命週期中完成​​，以保持最佳的電池性能！ 電池平衡的使用使我們能夠為應用設計具有更高容量的電池，因為平衡允許電池實現更高的充電狀態（SOC）。您可以想像將許多 LifePo4 Cell 單元串聯起來，就像您與許多雪橇犬一起拉雪橇一樣。只有所有雪橇犬都以相同的速度運行，雪橇才能以最大效率牽引。四隻雪橇犬，如果其中一隻雪橇犬跑得慢，那麼其他三隻雪橇犬也必須降低速度，從而降低效率，而如果一隻雪橇犬跑得更快，它最終會拉動其他三隻雪橇犬的負載，從而導致效率下降。因此，當多個LifePo4電芯串聯時，所有電芯的電壓值應相等，以獲得更有效率的LifePo4電池組。 LifePo4電池的標稱額定電壓僅3.2V左右，但在家庭儲能係統、便攜式電源、工業、電信、電動車和微電網應用，我們需要比標稱電壓高得多的電壓。近年來，磷酸鋰鐵充電電池以其重量輕、能量密度高、壽命長、容量高、充電快、自放電低、環境友善等特點，在動力電池和儲能係統中發揮至關重要的作用。電芯平衡確保每顆LifePo4電芯的電壓和容量處於同一水平，否則，LiFePo4電池組的續航里程和壽命將大大降低，電池性能也會下降！因此，LifePo4電芯平衡是決定電池品質最重要的因素之一。在運作過程中，會出現一點電壓間隙，但我們可以透過電芯平衡的方式將電壓間隙控制在可接受的範圍內。 在平衡期間，較高容量的電池經歷完整的充電/放電循環。如果沒有電池平衡，容量最慢的電池就是一個弱點。電池平衡是 BMS 的核心功能之一，此外還有溫度監控、充電和其他有助於最大限度延長電池組壽命的功能。 電池平衡的其他原因： LifePo4電池pcak能量使用不完全 吸收的電流超過電池設計的電流或使電池短路最有可能導致電池過早失效。當 LifePo4 電池組放電時，較弱的電池會比健康的電池更快地放電，並且它們會比其他電池更快達到最低電壓。當電池達到最低電壓時，整個電池組也會與負載斷開。這導致電池組能量的未使用容量。 細胞退化 當 LifePo4 電池過度充電時，即使稍微超過其建議值，電池的效率和壽命也會縮短。例如，充電電壓從 3.2V 略微增加到 3.25V 將使電池損壞速度加快 30%。因此，如果電池平衡不準確，輕微的過度充電也會縮短電池的使用壽命。 電池組充電不完全 LifePo4 電池以 0.5 至 1.0 倍之間的連續電流計費。 LifePo4 電池電壓隨著充電的進行而上升，充滿電後電壓會下降。考慮三個電池分別具有 85 Ah、86 Ah 和 87 Ah 以及 100% SoC，所有電池都在釋放後，其 SoC 也會減少。您很快就會發現，由於單元 1 的性能最低，它最終成為第一個耗盡能量的單元。 當電池組通電並且相同的電流流過電池時，電池 1 在充電過程中再次停滯，並且可能被視為完全充電，因為其他兩個電池已完全充電。這意味著電池 1 的庫侖效率 (CE) 會降低，因為電池的自加熱會導致電池不平等。 熱失控 可能發生的最可怕的一點是熱失控。據我們了解鋰電池對過度充電和過度放電非常敏感。在4 節電池組中，如果其中一個電池的電壓為3.5 V，而其他電池的電壓為3.2 V，則充電肯定會對所有電池一起計費，因為它們是串聯的，並且會將3.5 V 電池的計費電壓設定為高於建議的電壓，因為各個電池的電壓不同。熱失控。 是什麼觸發了電池組中電芯不平衡？ 現在我們明白為什麼保持電池組中所有電池的平衡至關重要。然而，為了正確解決這個問題，我們應該先了解細胞為什麼會變得不平衡。如前所述，當透過將電池串聯放置來創建電池組時，可以確保所有電池保持在完全相同的電壓水平。因此，新的電池組始終具有真正平衡的電池。然而，當電池組投入使用時，由於合規因素，電池會失去平衡。 SOC差異 測量電瓶的 SOC 很複雜；因此，測量電池中特定電池的 SOC 非常複雜。最佳的電池協調方法應該可以匹配相同 SOC 的電池，而不是完全相同的電壓 (OCV) 度數。但由於在製造電池組時幾乎不可能僅在電壓方面匹配電池，因此 SOC 的變化可能會導致 OCV 的修改。 內部阻力變體 要找到具有相同內阻 (IR) 的電池極其困難，隨著電池老化，電池的 IR 也會發生變化，因此在電池組中並非所有電池都具有相同的 IR。據我們了解，IR 增加了細胞的內部不敏感性，這決定了流經細胞的電流。由於 IR 發生變化，通過電池的電流及其電壓也會改變。 溫度等級 電池的充電和釋放能力也取決於其周圍的溫度。在電動車或太陽能電池陣列等重要電池組中，電池分佈在廢棄區域，電池組本身可能存在溫度差異，導致一個電池的充電或放電速度比其餘電池更快，從而導致不平等。 從上述因素來看，我們顯然無法阻止細胞在整個過程中變得不平衡。因此，唯一的補救措施是利用外部系統，要求細胞在不平衡後再次達到平衡。該系統稱為電池平衡系統。 如何實現LiFePo4電池組平衡？ 電池管理系統（BMS） 一般LiFePo4電池組本身無法達到電池均衡，可透過電池管理系統（BMS）。電池製造商將在此BMS板上整合電池均衡功能和其他保護功能，例如充電過壓保護、SOC指示、過溫警報/保護等。 具有平衡功能的鋰離子電池充電器 又稱“平衡電池充電器”，該充電器集成了平衡功能，可支援不同串數（如1~6S）的不同電池。即使您的電池沒有BMS板，您也可以使用此電池充電器為鋰離子電池充電以實現平衡。 平衡板 當您使用平衡電池充電器時，也必須透過從平衡板選擇特定插座將充電器和電池連接到平衡板。 保護電路模組（PCM） PCM板是連接到LiFePo4電池組的電子板，其主要功能是保護電池和使用者免受故障影響。 為了確保安全使用，LiFePo4電池必須在非常嚴格的電壓參數下運作。根據電池製造商和化學成分的不同，此電壓參數在放電電池每節 3.2 V 和充電電池每節 3.65 V 之間變化。 PCM 板監控這些電壓參數，如果超出，則將電池與負載或充電器斷開。 對於單一 LiFePo4 電池或多個並聯的 LiFePo4 電池，這很容易實現，因為 PCM 板可監控各個電壓。然而，當多個電池串聯時，PCM板必須監控每個電池的電壓。 電池平衡的類型 針對 LiFePo4 電池組開發了多種電池平衡演算法。根據電池電壓和SOC分為被動式和主動式電池平衡方法。 被動電池平衡 被動電池平衡技術透過電阻元件將多餘的電荷從完全通電的 LiFePo4 電池中分離出來，並為所有電池提供與最低 LiFePo4 電池電荷相似的電荷。該技術更可靠並且使用更少的組件，從而降低了整體系統成本。然而，該技術降低了系統的效率，因為能量以熱量的形式耗散，從而產生能量損失。因此，該技術適合低功耗應用。 主動電池平衡 主動電荷平衡是解決與 LiFePo4 電池相關挑戰的解決方案。主動電池平衡技術將能量較高的 LiFePo4 電池放電，並將其轉移到能量較低的 LiFePo4 電池。與被動電池平衡技術相比，該技術節省了LiFePo4電池模組的能量，從而提高了系統的效率，並且需要更少的時間來平衡LiFePo4電池組電池之間的時間，從而允許更高的充電電流。即使 LiFePo4 電池組處於靜止狀態，即使是完美匹配的 LiFePo4 電池也會以不同的速率失去電量，因為自放電速率會根據溫度梯度而變化：電池溫度升高 10°C 就已經使自放電速率加倍。然而，主動電荷平衡可以使電池恢復平衡，即使它們處於靜止狀態。然而，該技術具有複雜的電路，這增加了整體系統成本。因此，主動電池平衡適用於高功率應用。根據儲能元件分類，有多種主動平衡電路拓撲，例如電容器、電感器/變壓器和電子轉換器。 總體而言，主動電池管理系統降低了 LiFePo4 電池組的整體成本，因為它不需要超大尺寸的電池來補償 LiFePo4 電池之間的分散性和不均勻老化。當舊電池更換為新電池並且 LiFePo4 電池組內存在顯著變化時，主動電池管理變得至關重要。由於主動電池管理系統可以在 LiFePo4 電池組中安裝參數變化較大的電池，因此可以提高產量，同時降低保固和維護成本。因此，主動電池管理系統有利於電池組的效能、可靠性和安全性，同時有助於降低成本。 總結 為了最大限度地減少電池電壓漂移的影響，必須適當地緩和不平衡。任何平衡解決方案的目標都是讓 LiFePo4 電池組以其預期的性能水準運作並擴展其可用容量。 電池平衡不僅對於提高效能很重要，電池的生命​​週期，也為磷酸鐵鋰電池組增加了安全係數。提高電池安全性、延長電池壽命的新興技術之一。由於新的電池平衡技術可追蹤單一 LiFePo4 電池所需的平衡量，因此可延長 LiFePo4 電池組的使用壽命並增強整體電池安全性。