电池平衡如何延长LifePo4电池组寿命？

当设备需要持久、高性能时LifePo4电池组，他们需要平衡每个细胞。 为什么LifePo4电池组需要电池均衡？ LifePo4电池存在过压、欠压、过充放电电流、热失控、电池电压不平衡等多种特性。最重要的因素之一是电池不平衡，它会随着时间的推移改变电池组中每个电池的电压，从而迅速降低电池容量。当 LifePo4 电池组设计为使用多个串联电池时，设计电气特性以始终平衡电池电压非常重要。这不仅是为了电池组的性能，也是为了优化生命周期。原则的需要是，电池平衡发生在电池构建之前和之后，并且必须在电池的整个生命周期中完成，以保持最佳的电池性能！ 电池平衡的使用使我们能够为应用设计具有更高容量的电池，因为平衡允许电池实现更高的充电状态（SOC）。您可以想象将许多 LifePo4 Cell 单元串联起来，就像您与许多雪橇犬一起拉雪橇一样。只有所有雪橇犬都以相同的速度运行，雪橇才能以最大效率牵引。四只雪橇犬，如果其中一只雪橇犬跑得慢，那么其他三只雪橇犬也必须降低速度，从而降低效率，而如果一只雪橇犬跑得更快，它最终会拉动其他三只雪橇犬的负载，从而导致效率下降。伤害自己。因此，当多个LifePo4电芯串联时，所有电芯的电压值应相等，才能获得更高效的LifePo4电池组。 LifePo4电池的标称额定电压仅为3.2V左右，但在家庭储能系统、便携式电源、工业、电信、电动汽车和微电网应用，我们需要比标称电压高得多的电压。近年来，磷酸铁锂充电电池以其重量轻、能量密度高、寿命长、容量高、充电快、自放电低、环境友好等特点，在动力电池和储能系统中发挥着至关重要的作用。电芯平衡确保每颗LifePo4电芯的电压和容量处于同一水平，否则，LiFePo4电池组的续航里程和寿命将大大降低，电池性能也会下降！因此，LifePo4电芯平衡是决定电池品质的最重要因素之一。在运行过程中，会出现一点电压间隙，但我们可以通过电芯平衡的方式将电压间隙控制在可接受的范围内。 在平衡期间，较高容量的电池经历完整的充电/放电循环。如果没有电池平衡，容量最慢的电池就是一个弱点。电池平衡是 BMS 的核心功能之一，此外还有温度监控、充电和其他有助于最大限度延长电池组寿命的功能。 电池平衡的其他原因： LifePo4电池pcak能量使用不完全 吸收的电流超过电池设计的电流或使电池短路最有可能导致电池过早失效。当 LifePo4 电池组放电时，较弱的电池会比健康的电池更快地放电，并且它们会比其他电池更快地达到最低电压。当电池达到最低电压时，整个电池组也会与负载断开。这导致电池组能量的未使用容量。 细胞退化 当 LifePo4 电池过度充电时，即使稍微超过其建议值，电池的效率和寿命也会缩短。例如，充电电压从 3.2V 略微增加到 3.25V 将使电池损坏速度加快 30%。因此，如果电池平衡不准确，轻微的过度充电也会缩短电池的使用寿命。 电池组充电不完全 LifePo4 电池按 0.5 至 1.0 倍率之间的连续电流计费。 LifePo4 电池电压随着充电的进行而上升，充满电后电压会下降。考虑三个电池分别具有 85 Ah、86 Ah 和 87 Ah 以及 100% SoC，所有电池都在释放后，其 SoC 也会减少。您很快就会发现，由于单元 1 的性能最低，它最终成为第一个耗尽能量的单元。 当电池组通电并且相同的电流流过电池时，电池 1 在充电过程中再次停滞，并且可能被视为完全充电，因为其他两个电池已完全充电。这意味着电池 1 的库仑效率 (CE) 会降低，因为电池的自加热会导致电池不平等。 热失控 可能发生的最可怕的一点是热失控。据我们了解锂电池对过度充电和过度放电非常敏感。在 4 节电池组中，如果其中一个电池的电压为 3.5 V，而其他电池的电压为 3.2 V，则充电肯定会对所有电池一起计费，因为它们是串联的，并且会将 3.5 V 电池的计费电压设置为高于建议的电压，因为各个电池的电压不同。其他电池仍然需要充电。当内部产生的热量超过释放热量的速率时，这会导致热失控。这会导致 LifePo4 电池组变得热失控。 是什么触发了电池组中电芯不平衡？ 现在我们明白为什么保持电池组中所有电池的平衡至关重要。然而，为了正确解决这个问题，我们应该首先了解细胞为什么会变得不平衡。如前所述，当通过将电池串联放置来创建电池组时，可以确保所有电池保持在完全相同的电压水平。因此，新的电池组始终具有真正平衡的电池。然而，当电池组投入使用时，由于合规因素，电池会失去平衡。 SOC差异 测量电池的 SOC 很复杂；因此，测量电池中特定电池的 SOC 非常复杂。最佳的电池协调方法应该匹配相同 SOC 的电池，而不是完全相同的电压 (OCV) 度数。但由于在制造电池组时几乎不可能仅在电压方面匹配电池，因此 SOC 的变化可能会导致 OCV 的修改。 内部阻力变体 找到具有相同内阻 (IR) 的电池极其困难，并且随着电池老化，电池的 IR 也会发生变化，因此在电池组中并非所有电池都具有相同的 IR。据我们了解，IR 增加了细胞的内部不敏感性，这决定了流经细胞的电流。由于 IR 发生变化，通过电池的电流及其电压也会发生变化。 温度等级 电池的充电和释放能力还取决于其周围的温度。在电动汽车或太阳能电池阵列等重要电池组中，电池分布在废弃区域，电池组本身可能存在温度差异，导致一个电池的充电或放电速度比其余电池更快，从而导致不平等。 从上述因素来看，我们显然无法阻止细胞在整个过程中变得不平衡。因此，唯一的补救措施是利用外部系统，要求细胞在不平衡后再次达到平衡。该系统称为电池平衡系统。 如何实现LiFePo4电池组平衡？ 电池管理系统（BMS） 一般LiFePo4电池组本身无法实现电池均衡，可以通过电池管理系统（BMS）。电池制造商将在该BMS板上集成电池均衡功能和其他保护功能，例如充电过压保护、SOC指示、过温报警/保护等。 具有平衡功能的锂离子电池充电器 又称“平衡电池充电器”，该充电器集成了平衡功能，可支持不同串数（如1~6S）的不同电池。即使您的电池没有BMS板，您也可以使用此电池充电器为锂离子电池充电以实现平衡。 平衡板 当您使用平衡电池充电器时，还必须通过从平衡板选择特定插座将充电器和电池连接到平衡板。 保护电路模块（PCM） PCM板是连接到LiFePo4电池组的电子板，其主要功能是保护电池和用户免受故障影响。 为了确保安全使用，LiFePo4电池必须在非常严格的电压参数下运行。根据电池制造商和化学成分的不同，该电压参数在放电电池每节 3.2 V 和充电电池每节 3.65 V 之间变化。 PCM 板监控这些电压参数，如果超出，则将电池与负载或充电器断开。 对于单个 LiFePo4 电池或多个并联的 LiFePo4 电池，这很容易实现，因为 PCM 板监控各个电压。然而，当多个电池串联时，PCM板必须监控每个电池的电压。 电池平衡的类型 针对 LiFePo4 电池组开发了多种电池平衡算法。根据电池电压和SOC分为被动式和主动式电池平衡方法。 被动电池平衡 无源电池平衡技术通过电阻元件将多余的电荷从完全通电的 LiFePo4 电池中分离出来，并为所有电池提供与最低 LiFePo4 电池电荷相似的电荷。该技术更可靠并且使用更少的组件，从而降低了总体系统成本。然而，该技术降低了系统的效率，因为能量以热量的形式耗散，从而产生能量损失。因此，该技术适合低功耗应用。 主动电池平衡 主动电荷平衡是解决与 LiFePo4 电池相关挑战的解决方案。主动电池平衡技术将能量较高的 LiFePo4 电池放电，并将其转移到能量较低的 LiFePo4 电池。与被动电池平衡技术相比，该技术节省了LiFePo4电池模块的能量，从而提高了系统的效率，并且需要更少的时间来平衡LiFePo4电池组电池之间的时间，从而允许更高的充电电流。即使 LiFePo4 电池组处于静止状态，即使是完美匹配的 LiFePo4 电池也会以不同的速率失去电量，因为自放电速率会根据温度梯度而变化：电池温度升高 10°C 就已经使自放电速率加倍。然而，主动电荷平衡可以使电池恢复平衡，即使它们处于静止状态。然而，该技术具有复杂的电路，这增加了总体系统成本。因此，主动电池平衡适用于高功率应用。根据储能元件分类，有多种有源平衡电路拓扑，例如电容器、电感器/变压器和电子转换器。 总体而言，主动电池管理系统降低了 LiFePo4 电池组的总体成本，因为它不需要超大尺寸的电池来补偿 LiFePo4 电池之间的分散性和不均匀老化。当旧电池更换为新电池并且 LiFePo4 电池组内存在显着变化时，主动电池管理变得至关重要。由于主动电池管理系统可以在 LiFePo4 电池组中安装参数变化较大的电池，因此可以提高产量，同时降低保修和维护成本。因此，主动电池管理系统有利于电池组的性能、可靠性和安全性，同时有助于降低成本。 总结 为了最大限度地减少电池电压漂移的影响，必须适当缓和不平衡。任何平衡解决方案的目标都是让 LiFePo4 电池组以其预期的性能水平运行并扩展其可用容量。 电池平衡不仅对于提高性能很重要，电池的生命周期，也为磷酸铁锂电池组增加了安全系数。提高电池安全性、延长电池寿命的新兴技术之一。由于新的电池平衡技术可跟踪单个 LiFePo4 电池所需的平衡量，因此可以延长 LiFePo4 电池组的使用寿命并增强整体电池安全性。