Kako balansiranje ćelija produžava vijek trajanja Po4 baterijskog paketa?

Kada uređajima treba dugotrajno, visokoperformansnoLifePo4 baterijski paket, moraju uravnotežiti svaku ćeliju. Zašto je potrebno balansiranje baterije za LifePo4 baterijski paket? LifePo4 baterije su podložne mnogim karakteristikama kao što su prenapon, podnapon, struja prekomjernog punjenja i pražnjenja, termički odliv i neravnoteža napona baterije. Jedan od najvažnijih faktora je neravnoteža ćelija, koja s vremenom mijenja napon svake ćelije u paketu, čime se brzo smanjuje kapacitet baterije. Kada je LifePo4 baterijski paket dizajniran za korištenje više ćelija u seriji, važno je dizajnirati električne karakteristike kako bi se konzistentno uravnotežili naponi ćelija. To nije samo zbog performansi baterijskog paketa, već i zbog optimizacije životnog ciklusa. Potreba za doktrinom je da se balansiranje baterije događa prije i nakon što je baterija izgrađena i mora se obavljati tokom cijelog životnog ciklusa baterije kako bi se održale optimalne performanse baterije! Upotreba balansiranja baterija nam omogućava da dizajniramo baterije većeg kapaciteta za različite primjene jer balansiranje omogućava bateriji da postigne više stanje napunjenosti (SOC). Možete zamisliti povezivanje više LifePo4 ćelija u seriju kao da vučete sanke sa mnogo vučnih kočija. Sanke se mogu vući sa maksimalnom efikasnošću samo ako sve vučne kočije rade istom brzinom. Sa četiri vučne kočije, ako jedna vučna kočija radi sporo, onda i ostale tri moraju smanjiti svoju brzinu, čime se smanjuje efikasnost, a ako jedna vučna kočija radi brže, na kraju će povući teret ostale tri vučne kočije i povrijediti se. Stoga, kada se više LifePo4 ćelija poveže u seriju, vrijednosti napona svih ćelija trebaju biti jednake kako bi se dobio efikasniji LifePo4 baterijski paket. Nominalni napon LifePo4 baterije je samo oko 3,2 V, ali usistemi za skladištenje energije u kući, prenosivi izvori napajanja, industrijske, telekomunikacijske, električne automobilske i mikromrežne primjene, potreban nam je mnogo veći napon od nominalnog. Posljednjih godina, punjive LifePo4 baterije igrale su ključnu ulogu u baterijama i sistemima za skladištenje energije zbog svoje male težine, visoke gustoće energije, dugog vijeka trajanja, velikog kapaciteta, brzog punjenja, niskog nivoa samopražnjenja i ekološke prihvatljivosti. Balansiranje ćelija osigurava da su napon i kapacitet svake LifePo4 ćelije na istom nivou, u suprotnom će se domet i vijek trajanja LiFePo4 baterijskog paketa znatno smanjiti, a performanse baterije će se degradirati! Stoga je balansiranje LifePo4 ćelija jedan od najvažnijih faktora u određivanju kvaliteta baterije. Tokom rada će se pojaviti mali jaz napona, ali ga možemo održati u prihvatljivom rasponu pomoću balansiranja ćelija. Tokom balansiranja, ćelije većeg kapaciteta prolaze kroz puni ciklus punjenja/pražnjenja. Bez balansiranja ćelija, ćelija sa najsporijim kapacitetom je slaba tačka. Balansiranje ćelija je jedna od osnovnih funkcija BMS-a, zajedno sa praćenjem temperature, punjenjem i drugim funkcijama koje pomažu u maksimiziranju vijeka trajanja baterije. Drugi razlozi za balansiranje baterije: Nepotpuna potrošnja energije baterije LifePo4 Apsorpcija veće struje nego što je baterija predviđena ili kratki spoj baterije najvjerovatnije će uzrokovati prerani kvar baterije. Kada se LifePo4 baterijski paket prazni, slabije ćelije će se prazniti brže od zdravih ćelija i brže će dostići minimalni napon od ostalih ćelija. Kada ćelija dostigne minimalni napon, cijeli baterijski paket se također isključuje od opterećenja. To rezultira neiskorištenim kapacitetom energije baterijskog paketa. Degradacija ćelija Kada se LifePo4 ćelija prepuni čak i malo iznad preporučene vrijednosti, efikasnost i vijek trajanja ćelije se smanjuju. Na primjer, malo povećanje napona punjenja sa 3,2 V na 3,25 V će brže isprazniti bateriju za 30%. Dakle, ako balansiranje ćelija nije tačno, i malo prepunjenje će smanjiti vijek trajanja baterije. Nepotpuno punjenje baterijskog paketa LifePo4 baterije se pune kontinuiranom strujom između 0,5 i 1,0 V. Napon LifePo4 baterije raste kako punjenje napreduje i dostiže vrhunac kada se potpuno napuni, a zatim pada. Zamislite tri ćelije sa 85 Ah, 86 Ah i 87 Ah respektivno i 100% SoC-om, a zatim se sve ćelije prazne i njihov SoC opada. Brzo ćete primijetiti da ćelija 1 prva ostaje bez energije jer ima najniži kapacitet. Kada se napajanje uključi u ćelijske pakete i isti strujni tok teče kroz ćelije, ćelija 1 se ponovo zadržava tokom punjenja i može se smatrati potpuno napunjenom jer su i druge dvije ćelije potpuno napunjene. To znači da ćelija 1 ima smanjenu kulometrijsku efikasnost (CE) zbog samozagrijavanja ćelije što dovodi do nejednakosti u ćelijama. Termalni bijeg Najstrašnija stvar koja se može dogoditi je termalni bijeg. Kao što znamolitijumske ćelijeVrlo su osjetljive na prekomjerno punjenje, kao i na prekomjerno pražnjenje. U paketu od 4 ćelije, ako je jedna ćelija 3,5 V, dok su ostale 3,2 V, punjenje će sigurno napuniti sve ćelije zajedno jer su u seriji, a ćeliju od 3,5 V ćeliju će napuniti naponom većim od preporučenog jer ostale baterije još uvijek treba puniti. To dovodi do termičkog bijega kada brzina unutrašnjeg stvaranja toplote premaši brzinu kojom se toplota može osloboditi. To uzrokuje da LifePo4 baterija postane termički nekontrolirana. Šta izaziva neravnotežu ćelija u baterijskim paketima? Sada razumijemo zašto je održavanje svih ćelija u baterijskom paketu ključno. Međutim, da bismo problem riješili na odgovarajući način, moramo iz prve ruke znati zašto ćelije postaju neuravnotežene. Kao što je ranije rečeno, kada se baterijski paket pravi serijskim spajanjem ćelija, osigurava se da sve ćelije ostanu na istim naponskim nivoima. Dakle, novi baterijski paket će uvijek imati uravnotežene ćelije. Međutim, kako se paket stavlja u upotrebu, ćelije se raspadaju zbog sljedećih faktora. Neslaganje SOC-a Mjerenje napunjenosti (SOC) ćelije je komplikovano; stoga je vrlo složeno izmjeriti SOC specifičnih ćelija u bateriji. Optimalna metoda usklađivanja ćelija trebala bi odgovarati ćelijama istog SOC-a umjesto potpuno istog naponskog (OCV) stepena. Ali budući da je gotovo nemoguće da se ćelije usklađuju samo po naponskim uslovima prilikom pravljenja paketa, varijacija u SOC-u može vremenom rezultirati modifikacijom u OCV-u. Varijanta unutrašnjeg otpora Izuzetno je teško pronaći ćelije istog unutrašnjeg otpora (IR), a kako baterija stari, IR ćelije se dodatno mijenja, te stoga u baterijskom paketu neće sve ćelije imati isti IR. Kao što znamo, IR doprinosi unutrašnjoj otpornosti ćelije, što određuje struju koja teče kroz ćeliju. Budući da se IR mijenja, struja kroz ćeliju, kao i njen napon, također se razlikuju. Nivo temperature Sposobnost punjenja i pražnjenja ćelije također ovisi o temperaturi oko nje. U značajnim baterijskim paketima poput električnih vozila ili solarnih panela, ćelije su raspoređene po prostoru za punjenje i može postojati temperaturna razlika između samih paketa, što uzrokuje da se jedna ćelija puni ili prazni brže od ostalih ćelija, uzrokujući nejednakost. Iz gore navedenih faktora, jasno je da ne možemo spriječiti da ćelije postanu neravnotežene tokom postupka. Dakle, jedino rješenje je korištenje vanjskog sistema koji zahtijeva da se ćelije ponovo uravnoteže nakon što postanu neravnotežene. Ovaj sistem se naziva Sistem za balansiranje baterija. Kako postići ravnotežu LiFePo4 baterijskog paketa? Sistem za upravljanje baterijama (BMS) Generalno, LiFePo4 baterijski paket ne može sam postići balansiranje baterije, to se može postići...sistem za upravljanje baterijama(BMS). Proizvođač baterija će integrirati funkciju balansiranja baterije i druge zaštitne funkcije kao što su zaštita od prenapona punjenja, indikator napunjenosti (SOC), alarm/zaštita od previsoke temperature itd. na ovoj BMS ploči. Punjač za litijum-jonske baterije sa funkcijom balansiranja Također poznat kao "punjač za balansiranje baterija", punjač integrira funkciju balansiranja kako bi podržao različite baterije s različitim brojem nizova (npr. 1~6S). Čak i ako vaša baterija nema BMS ploču, možete puniti svoju Li-ion bateriju ovim punjačem baterija kako biste postigli balansiranje. Balansirajuća ploča Kada koristite balansirani punjač baterija, morate spojiti i punjač i bateriju na ploču za balansiranje odabirom određene utičnice s ploče za balansiranje. Modul zaštitnog kola (PCM) PCM ploča je elektronska ploča koja je povezana sa LiFePo4 baterijskim paketom i njena glavna funkcija je zaštita baterije i korisnika od kvara. Da bi se osigurala sigurna upotreba, LiFePo4 baterija mora raditi pod vrlo strogim parametrima napona. Ovisno o proizvođaču baterije i hemiji, ovaj parametar napona varira između 3,2 V po ćeliji za ispražnjene baterije i 3,65 V po ćeliji za punjive baterije. PCM ploča prati ove parametre napona i isključuje bateriju od opterećenja ili punjača ako su prekoračeni. U slučaju jedne LiFePo4 baterije ili više LiFePo4 baterija spojenih paralelno, ovo se lako postiže jer PCM ploča prati pojedinačne napone. Međutim, kada je više baterija spojeno serijski, PCM ploča mora pratiti napon svake baterije. Vrste balansiranja baterija Za LiFePo4 baterijski paket razvijeni su različiti algoritmi za balansiranje baterija. Podijeljeni su na pasivne i aktivne metode balansiranja baterija na osnovu napona baterije i nivoa napunjenosti (SOC). Pasivno balansiranje baterije Tehnika pasivnog balansiranja baterije odvaja višak naboja iz potpuno napunjene LiFePo4 baterije putem otpornih elemenata i daje svim ćelijama naboj sličan najnižem naboju LiFePo4 baterije. Ova tehnika je pouzdanija i koristi manje komponenti, čime se smanjuje ukupna cijena sistema. Međutim, tehnologija smanjuje efikasnost sistema jer se energija rasipa u obliku toplote koja generira gubitak energije. Stoga je ova tehnologija pogodna za primjene s malom potrošnjom energije. Aktivno balansiranje baterije Aktivno balansiranje punjenja je rješenje za izazove povezane s LiFePo4 baterijama. Tehnika aktivnog balansiranja ćelija prazni naboj iz LiFePo4 baterije više energije i prenosi ga na LiFePo4 bateriju niže energije. U poređenju s tehnologijom pasivnog balansiranja ćelija, ova tehnika štedi energiju u LiFePo4 baterijskom modulu, čime se povećava efikasnost sistema i zahtijeva manje vremena za balansiranje između ćelija LiFePo4 baterijskog paketa, omogućavajući veće struje punjenja. Čak i kada je LiFePo4 baterijski paket u mirovanju, čak i savršeno usklađene LiFePo4 baterije gube naboj različitim brzinama jer brzina samopražnjenja varira ovisno o temperaturnom gradijentu: povećanje temperature baterije od 10°C već udvostručuje brzinu samopražnjenja. Međutim, aktivno balansiranje punjenja može vratiti ćelije u ravnotežu, čak i ako su u mirovanju. Međutim, ova tehnika ima složena kola, što povećava ukupne troškove sistema. Stoga je aktivno balansiranje ćelija pogodno za primjene velike snage. Postoje različite topologije kola za aktivno balansiranje klasifikovane prema komponentama za skladištenje energije, kao što su kondenzatori, induktori/transformatori i elektronski pretvarači. Sveukupno, aktivni sistem upravljanja baterijama smanjuje ukupne troškove LiFePo4 baterijskog paketa jer ne zahtijeva prevelike dimenzije ćelija kako bi se kompenzirala disperzija i neravnomjerno starenje među LiFePo4 baterijama. Aktivno upravljanje baterijama postaje ključno kada se stare ćelije zamjenjuju novim ćelijama i kada postoje značajne varijacije unutar LiFePo4 baterijskog paketa. Budući da aktivni sistemi upravljanja baterijama omogućavaju ugradnju ćelija s velikim varijacijama parametara u LiFePo4 baterijske pakete, prinosi proizvodnje se povećavaju, dok se troškovi garancije i održavanja smanjuju. Stoga, aktivni sistemi upravljanja baterijama koriste performansama, pouzdanosti i sigurnosti baterijskog paketa, a istovremeno pomažu u smanjenju troškova. Sažeti Kako bi se minimizirali efekti pomjeranja napona ćelija, neravnoteže moraju biti pravilno moderirane. Cilj svakog rješenja za balansiranje je da omogući LiFePo4 baterijskom paketu da radi na svom predviđenom nivou performansi i da proširi svoj raspoloživi kapacitet. Balansiranje baterije nije važno samo za poboljšanje performansi iživotni ciklus baterija, također dodaje faktor sigurnosti LiFePo4 baterijskom paketu. Jedna je od novih tehnologija za poboljšanje sigurnosti baterija i produženje vijeka trajanja baterije. Kako nova tehnologija balansiranja baterija prati količinu balansiranja potrebnu za pojedinačne LiFePo4 ćelije, produžava vijek trajanja LiFePo4 baterijskog paketa i poboljšava ukupnu sigurnost baterije.