Com l'equilibri de cel·les allarga la vida útil de la bateria Po4?

Quan els dispositius necessiten un rendiment durador i altPaquet de bateries LifePo4, necessiten equilibrar cada cèl·lula. Per què cal equilibrar la bateria LifePo4? Les bateries LifePo4 estan subjectes a moltes característiques com ara sobretensió, subtensió, corrent de sobrecàrrega i descàrrega, fuga tèrmica i desequilibri de voltatge de la bateria. Un dels factors més importants és el desequilibri de les cel·les, que canvia el voltatge de cada cel·la del paquet amb el temps, reduint així ràpidament la capacitat de la bateria. Quan el paquet de bateries LifePo4 està dissenyat per utilitzar diverses cel·les en sèrie, és important dissenyar les característiques elèctriques per equilibrar constantment els voltatges de les cel·les. Això no només és per al rendiment del paquet de bateries, sinó també per optimitzar el cicle de vida. La necessitat de doctrina és que l'equilibri de la bateria es produeix abans i després de la construcció de la bateria i s'ha de fer durant tot el cicle de vida de la bateria per mantenir un rendiment òptim de la bateria! L'ús de l'equilibri de bateries ens permet dissenyar bateries amb una capacitat més alta per a aplicacions, ja que l'equilibri permet que la bateria aconsegueixi un estat de càrrega (SOC) més alt. Us podeu imaginar connectar moltes unitats de cel·les LifePo4 en sèrie com si estiguéssiu arrossegant un trineu amb molts gossos de trineu. El trineu només es pot arrossegar amb la màxima eficiència si tots els gossos de trineu corren a la mateixa velocitat. Amb quatre gossos de trineu, si un gos de trineu corre lentament, els altres tres gossos de trineu també han de reduir la seva velocitat, cosa que redueix l'eficiència, i si un gos de trineu corre més ràpid, acabarà arrossegant la càrrega dels altres tres gossos de trineu i es farà mal. Per tant, quan es connecten diverses cel·les LifePo4 en sèrie, els valors de voltatge de totes les cel·les han de ser iguals per obtenir un paquet de bateries LifePo4 més eficient. La bateria LifePo4 nominal té una capacitat nominal de només uns 3,2 V, però ensistemes d'emmagatzematge d'energia domèstica, fonts d'alimentació portàtils, aplicacions industrials, de telecomunicacions, de vehicles elèctrics i de microxarxes, necessitem un voltatge molt més alt que el nominal. En els darrers anys, les bateries recarregables LifePo4 han jugat un paper fonamental en les bateries d'energia i els sistemes d'emmagatzematge d'energia a causa del seu pes lleuger, alta densitat d'energia, llarga vida útil, alta capacitat, càrrega ràpida, baixos nivells d'autodescàrrega i respecte pel medi ambient. L'equilibri de cel·les garanteix que el voltatge i la capacitat de cada cel·la LifePo4 estiguin al mateix nivell; en cas contrari, l'abast i la vida útil del paquet de bateries LiFePo4 es reduiran considerablement i el rendiment de la bateria es degradarà! Per tant, l'equilibri de cel·les LifePo4 és un dels factors més importants per determinar la qualitat de la bateria. Durant el funcionament, es produirà una petita diferència de voltatge, però podem mantenir-la dins d'un rang acceptable mitjançant l'equilibri de cel·les. Durant l'equilibri, les cel·les de més capacitat passen per un cicle complet de càrrega/descàrrega. Sense l'equilibri, la cel·la amb la capacitat més lenta és un punt feble. L'equilibri és una de les funcions principals del BMS, juntament amb la monitorització de la temperatura, la càrrega i altres funcions que ajuden a maximitzar la vida útil del paquet. Altres motius per equilibrar la bateria: Ús d'energia incomplet de la bateria LifePo4 PCAK Absorbir més corrent del que està dissenyat per a la bateria o provocar un curtcircuit és molt probable que provoqui una fallada prematura de la bateria. Quan una bateria LifePo4 es descarrega, les cel·les més febles es descarregaran més ràpidament que les cel·les sanes i assoliran el voltatge mínim més ràpidament que altres cel·les. Quan una cel·la arriba al voltatge mínim, tota la bateria també es desconnecta de la càrrega. Això resulta en una capacitat d'energia de la bateria no utilitzada. Degradació cel·lular Quan una cel·la LifePo4 es sobrecarrega, fins i tot una mica per sobre del valor recomanat, l'eficàcia i també la vida útil de la cel·la es redueixen. Per exemple, un petit augment del voltatge de càrrega de 3,2 V a 3,25 V descompondrà la bateria més ràpidament en un 30%. Per tant, si el balanceig de les cel·les no és precís, una sobrecàrrega menor també reduirà la vida útil de la bateria. Càrrega incompleta d'un paquet de mòbils Les bateries LifePo4 es carreguen a un corrent continu d'entre 0,5 i 1,0 velocitats. El voltatge de la bateria LifePo4 augmenta a mesura que la càrrega continua fins a arribar a un punt àlgid quan es carrega completament i, per tant, baixa. Penseu en tres cel·les amb 85 Ah, 86 Ah i 87 Ah respectivament i un SoC del 100%, i totes les cel·les s'alliberen i el seu SoC disminueix. Podeu descobrir ràpidament que la cel·la 1 acaba sent la primera a quedar-se sense energia, ja que té la capacitat més baixa. Quan s'alimenta la bateria de les cel·les i aquesta mateixa bateria flueix a través de les cel·les, la cel·la 1 es queda endarrerida durant la càrrega i es pot considerar completament carregada, ja que les altres dues cel·les estan completament carregades. Això significa que les cel·les 1 tenen una eficiència coulomètrica (CE) més baixa a causa de l'autoescalfament de la cel·la, que provoca una desigualtat entre les cel·les. Fuga tèrmica El pitjor que pot passar és la fuga tèrmica. Com entenemcèl·lules de litisón molt sensibles a la sobrecàrrega i a la sobredescàrrega. En un paquet de 4 cel·les, si una cel·la té 3,5 V mentre que les altres són de 3,2 V, la càrrega carregarà totes les cel·les juntes perquè estan en sèrie i carregarà la cel·la de 3,5 V a un voltatge superior al recomanat perquè les altres bateries encara s'han de carregar. Això provoca un descontrol tèrmic quan la velocitat de generació de calor interna supera la velocitat a la qual es pot alliberar la calor. Això fa que el paquet de bateries LifePo4 es descontroli tèrmicament. Quins són els desencadenants del desequilibri cel·lular en les bateries? Ara entenem per què és essencial mantenir totes les cel·les equilibrades en una bateria. Però per abordar el problema adequadament, hem de saber de primera mà per què les cel·les es desequilibren. Com s'ha dit anteriorment, quan es crea una bateria col·locant les cel·les en sèrie, s'assegura que totes les cel·les es mantinguin en els mateixos nivells de voltatge. Per tant, una bateria nova sempre tindrà cel·les equilibrades. Però a mesura que la bateria es posa en funcionament, les cel·les es desequilibren a causa dels següents factors. Discrepància del SOC Mesurar el SOC d'una cel·la és complicat; per tant, és molt complex calibrar el SOC de cel·les específiques d'una bateria. Un mètode òptim d'harmonització de cel·les hauria de coincidir amb les cel·les del mateix SOC en lloc dels mateixos graus de voltatge (OCV). Però com que gairebé no és possible que les cel·les coincideixin només en termes de voltatge quan es fa un paquet, la variant del SOC pot resultar en una modificació de l'OCV amb el temps. Variant de resistència interior És extremadament difícil trobar cel·les amb la mateixa resistència interna (IR) i, a mesura que la bateria envelleix, l'IR de la cel·la també es modifica i, per tant, en una bateria no totes les cel·les tindran el mateix IR. Com sabem, l'IR augmenta la insusceptibilitat interna de la cel·la, cosa que determina el corrent que flueix a través d'una cel·la. Com que l'IR varia, el corrent a través de la cel·la i el seu voltatge també es tornen diferents. Nivell de temperatura La capacitat de càrrega i alliberament de la cel·la també depèn de la temperatura que l'envolta. En un paquet de bateries important com el dels vehicles elèctrics o les plaques solars, les cel·les es distribueixen sobre una zona residual i hi pot haver una diferència de temperatura entre el paquet, cosa que fa que una cel·la es carregui o es descarregui més ràpid que les altres, cosa que provoca una desigualtat. Dels factors anteriors, queda clar que no podem evitar que les cèl·lules es desequilibrin durant el procediment. Per tant, l'únic remei és utilitzar un sistema extern que requereixi que les cèl·lules es tornin a equilibrar després de desequilibrar-se. Aquest sistema s'anomena Sistema d'Equilibri de Bateries. Com aconseguir l'equilibri de la bateria LiFePo4? Sistema de gestió de bateries (BMS) Generalment, la bateria LiFePo4 no pot aconseguir l'equilibri de la bateria per si sola, es pot aconseguir mitjançantsistema de gestió de bateries(BMS). El fabricant de la bateria integrarà la funció d'equilibri de la bateria i altres funcions de protecció com ara la protecció contra sobretensió de càrrega, l'indicador SOC, l'alarma/protecció contra sobretemperatura, etc. en aquesta placa BMS. Carregador de bateria de Li-ion amb funció d'equilibri També conegut com a "carregador de bateries d'equilibri", el carregador integra una funció d'equilibri per admetre diferents bateries amb diferents nombres de cadenes (per exemple, 1~6S). Fins i tot si la bateria no té una placa BMS, podeu carregar la bateria de Li-ion amb aquest carregador de bateries per aconseguir l'equilibri. Taula d'equilibri Quan feu servir un carregador de bateria equilibrat, també heu de connectar el carregador i la bateria a la placa d'equilibri seleccionant un endoll específic de la placa d'equilibri. Mòdul de circuit de protecció (PCM) La placa PCM és una placa electrònica que es connecta a la bateria LiFePo4 i la seva funció principal és protegir la bateria i l'usuari de possibles avaries. Per garantir un ús segur, la bateria LiFePo4 ha de funcionar sota uns paràmetres de voltatge molt estrictes. Segons el fabricant i la composició química de la bateria, aquest paràmetre de voltatge varia entre 3,2 V per cel·la per a bateries descarregades i 3,65 V per cel·la per a bateries recarregables. La placa PCM controla aquests paràmetres de voltatge i desconnecta la bateria de la càrrega o del carregador si se superen. En el cas d'una sola bateria LiFePo4 o de diverses bateries LiFePo4 connectades en paral·lel, això s'aconsegueix fàcilment perquè la placa PCM controla els voltatges individuals. Tanmateix, quan es connecten diverses bateries en sèrie, la placa PCM ha de controlar el voltatge de cada bateria. Tipus d'equilibri de bateries S'han desenvolupat diversos algoritmes d'equilibri de bateries per a les bateries LiFePo4. Es divideixen en mètodes d'equilibri de bateries passius i actius basats en el voltatge de la bateria i l'estat de càrrega (SOC). Equilibri passiu de bateries La tècnica d'equilibri passiu de bateries separa l'excés de càrrega d'una bateria LiFePo4 completament energitzada mitjançant elements resistius i proporciona a totes les cel·les una càrrega similar a la càrrega més baixa de la bateria LiFePo4. Aquesta tècnica és més fiable i utilitza menys components, cosa que redueix el cost general del sistema. Tanmateix, la tecnologia redueix l'eficiència del sistema, ja que l'energia es dissipa en forma de calor que genera pèrdues d'energia. Per tant, aquesta tecnologia és adequada per a aplicacions de baixa potència. Equilibri actiu de la bateria L'equilibri de càrrega actiu és una solució als reptes associats a les bateries LiFePo4. La tècnica d'equilibri de cel·les actiu descarrega la càrrega de la bateria LiFePo4 de més energia i la transfereix a la bateria LiFePo4 de menys energia. En comparació amb la tecnologia d'equilibri de cel·les passiu, aquesta tècnica estalvia energia al mòdul de bateria LiFePo4, augmentant així l'eficiència del sistema, i requereix menys temps per equilibrar entre les cel·les del paquet de bateries LiFePo4, permetent corrents de càrrega més alts. Fins i tot quan el paquet de bateries LiFePo4 està en repòs, fins i tot les bateries LiFePo4 perfectament combinades perden càrrega a diferents velocitats perquè la velocitat d'autodescàrrega varia segons el gradient de temperatura: un augment de 10 °C en la temperatura de la bateria ja duplica la velocitat d'autodescàrrega. Tanmateix, l'equilibri de càrrega actiu pot restaurar les cel·les a l'equilibri, fins i tot si estan en repòs. Tanmateix, aquesta tècnica té uns circuits complexos, cosa que augmenta el cost general del sistema. Per tant, l'equilibri de cel·les actiu és adequat per a aplicacions d'alta potència. Hi ha diverses topologies de circuits d'equilibri actiu classificades segons els components d'emmagatzematge d'energia, com ara condensadors, inductors/transformadors i convertidors electrònics. En general, el sistema de gestió activa de bateries redueix el cost total del paquet de bateries LiFePo4 perquè no requereix un sobredimensionament de les cel·les per compensar la dispersió i l'envelliment desigual entre les bateries LiFePo4. La gestió activa de bateries esdevé crítica quan les cel·les velles es substitueixen per noves i hi ha una variació significativa dins del paquet de bateries LiFePo4. Com que els sistemes de gestió activa de bateries permeten instal·lar cel·les amb grans variacions de paràmetres en els paquets de bateries LiFePo4, el rendiment de la producció augmenta mentre que els costos de garantia i manteniment disminueixen. Per tant, els sistemes de gestió activa de bateries beneficien el rendiment, la fiabilitat i la seguretat del paquet de bateries, alhora que ajuden a reduir els costos. Resumir Per tal de minimitzar els efectes de la deriva de la tensió de les cel·les, els desequilibris s'han de moderar adequadament. L'objectiu de qualsevol solució d'equilibri és permetre que el paquet de bateries LiFePo4 funcioni al nivell de rendiment previst i ampliar la seva capacitat disponible. L'equilibri de la bateria no només és important per millorar el rendiment icicle de vida de les bateries, també afegeix un factor de seguretat a la bateria LiFePo4. Una de les tecnologies emergents per millorar la seguretat de la bateria i allargar la vida útil de la bateria. A mesura que la nova tecnologia d'equilibri de bateries fa un seguiment de la quantitat d'equilibri necessària per a les cel·les LiFePo4 individuals, allarga la vida útil de la bateria LiFePo4 i millora la seguretat general de la bateria.