Jak vyvažování článků prodlužuje životnost baterií Po4?

Když zařízení potřebují dlouhotrvající a vysoce výkonnýBaterie LifePo4, potřebují vyvážit každou buňku. Proč je potřeba u baterií LifePo4 vyvažovat baterii? Baterie LifePo4 podléhají mnoha charakteristikám, jako je přepětí, podpětí, proud přebíjení a vybíjení, tepelný únik a nevyváženost napětí baterie. Jedním z nejdůležitějších faktorů je nevyváženost článků, která v průběhu času mění napětí každého článku v sadě, čímž rapidně snižuje kapacitu baterie. Pokud je baterie LifePo4 navržena pro použití více článků zapojených do série, je důležité navrhnout elektrické charakteristiky tak, aby se napětí článků konzistentně vyvažovalo. To není jen pro výkon baterie, ale také pro optimalizaci životního cyklu. Potřeba doktríny spočívá v tom, že vyvažování baterie probíhá před a po sestavení baterie a musí se provádět po celou dobu životního cyklu baterie, aby se udržel optimální výkon! Použití vyvažování baterií nám umožňuje navrhovat baterie s vyšší kapacitou pro různé aplikace, protože vyvažování umožňuje baterii dosáhnout vyššího stavu nabití (SOC). Zapojení mnoha článků LifePo4 do série si můžete představit, jako byste táhli sáně s mnoha tažnými psy. Sáně lze táhnout s maximální účinností pouze tehdy, pokud všechny tažné psy běží stejnou rychlostí. U čtyř tažných psů, pokud jeden běží pomalu, musí i další tři snížit svou rychlost, čímž se sníží účinnost, a pokud jeden běží rychleji, nakonec za sebou táhne zátěž ostatních tří psů a poškodí se. Proto při sériovém zapojení více článků LifePo4 by měly být hodnoty napětí všech článků stejné, aby se dosáhlo efektivnějšího akumulátoru LifePo4. Jmenovité napětí baterie LifePo4 je pouze asi 3,2 V, ale vsystémy pro skladování energie v domácnostech, přenosné napájecí zdroje, průmyslové, telekomunikační, elektromobilní a mikrosíťové aplikace potřebujeme mnohem vyšší napětí než jmenovité. V posledních letech hrají dobíjecí baterie LifePo4 klíčovou roli v bateriích a systémech pro ukládání energie díky své nízké hmotnosti, vysoké hustotě energie, dlouhé životnosti, vysoké kapacitě, rychlému nabíjení, nízké úrovni samovybíjení a šetrnosti k životnímu prostředí. Vyvažování článků zajišťuje, že napětí a kapacita každého článku LifePo4 jsou na stejné úrovni, jinak se výrazně sníží dosah a životnost baterie LiFePo4 a sníží se i výkon baterie! Vyvažování článků LifePo4 je proto jedním z nejdůležitějších faktorů určujících kvalitu baterie. Během provozu se může vyskytnout malý rozdíl napětí, ale pomocí vyvažování článků jej můžeme udržet v přijatelném rozsahu. Během vyvažování procházejí články s vyšší kapacitou kompletním cyklem nabití/vybití. Bez vyvažování článků je článek s nejpomalejší kapacitou slabým místem. Vyvažování článků je jednou z hlavních funkcí systému BMS, spolu s monitorováním teploty, nabíjením a dalšími funkcemi, které pomáhají maximalizovat životnost baterie. Další důvody pro vyvažování baterie: Neúplné využití energie baterie LifePo4 Odběr většího proudu, než na jaký je baterie určena, nebo zkrat baterie s největší pravděpodobností způsobí její předčasné selhání. Když se baterie LifePo4 vybíjí, slabší články se vybíjejí rychleji než zdravé články a dosáhnou minimálního napětí rychleji než ostatní články. Když článek dosáhne minimálního napětí, celá baterie se také odpojí od zátěže. To má za následek nevyužitou kapacitu energie baterie. Degradace buněk Když je článek LifePo4 přebit, byť jen mírně nad doporučenou hodnotu, snižuje se jeho účinnost a životnost. Například malé zvýšení nabíjecího napětí z 3,2 V na 3,25 V vybije baterii rychleji o 30 %. Pokud tedy není vyvážení článků přesné, i malé přebíjení zkrátí životnost baterie. Neúplné nabití článkové sady Baterie LifePo4 se nabíjejí trvalým proudem mezi 0,5 a 1,0 V. Napětí baterie LifePo4 se s postupujícím nabíjením zvyšuje a vrcholí, když je baterie plně nabitá, a poté klesá. Představte si tři články s 85 Ah, 86 Ah a 87 Ah a 100% SoC. Všechny články se poté vybijí a jejich SoC klesá. Rychle zjistíte, že článek 1 se vybije jako první, protože má nejnižší kapacitu. Když je na články připojeno napájení a stejná energie protéká články, článek 1 se během nabíjení opět zastaví a může být považován za plně nabitý, protože další dva články jsou plně nabité. To znamená, že článek 1 má sníženou coulometrickou účinnost (CE) kvůli samoohřívání článku, které vede k nerovnoměrnému nabití článků. Tepelný únik Nejhorší věc, která může nastat, je tepelný únik. Jak už vímelithiové článkyJsou velmi citlivé na přebíjení i nadměrné vybíjení. V sadě 4 článků, pokud je jeden článek 3,5 V, zatímco ostatní mají 3,2 V, nabití nabije všechny články společně, protože jsou zapojené v sérii, a také nabije článek 3,5 V na vyšší než doporučené napětí, protože ostatní baterie je stále třeba nabíjet. To vede k tepelnému úniku, když rychlost vnitřního generování tepla překročí rychlost, s jakou se teplo může uvolňovat. To způsobí, že se baterie LifePo4 stane tepelně nekontrolovanou. Co spouští nevyváženost článků v bateriových blocích? Nyní chápeme, proč je nezbytné udržovat všechny články v baterii v rovnováze. Abychom však problém správně řešili, musíme z první ruky vědět, proč se články stávají nevyváženými. Jak již bylo řečeno, když se baterie vytvoří sériovým zapojením článků, je zajištěno, aby všechny články zůstaly na stejné napěťové úrovni. Nová baterie tedy bude mít vždy vyvážené články. Jakmile se však baterie začne používat, články se kvůli měnícím se faktorům vyváží. Nesrovnalost v SOC Měření stavu nabití (SOC) článku je složité, a proto je velmi složité odhadnout stav nabití (SOC) konkrétních článků v baterii. Optimální metoda harmonizace článků by měla odpovídat článkům se stejným stavem nabití (SOC), nikoli přesně stejným stupněm napětí (OCV). Protože je však téměř nemožné, aby se články při výrobě baterie shodovaly pouze na základě napětí, může změna SOC časem vést ke změně OCV. Varianta vnitřního odporu Je extrémně obtížné najít články se stejným vnitřním odporem (IR) a s věkem baterie se IR článku také mění, a proto ne všechny články v baterii budou mít stejný IR. Jak víme, IR přispívá k vnitřní odolnosti článku, která určuje proud protékající článkem. Protože se IR mění, mění se i proud protékající článkem a jeho napětí. Teplotní úroveň Schopnost nabíjení a vybíjení článku závisí také na okolní teplotě. Ve velkých bateriových sadách, jako jsou elektromobily nebo solární panely, jsou články rozmístěny po vyčerpané ploše a mezi jednotlivými sadami může docházet k teplotním rozdílům, což vede k tomu, že se jeden článek nabíjí nebo vybíjí rychleji než zbývající články, což způsobuje nerovnoměrné nabíjení. Z výše uvedených faktorů je zřejmé, že nelze zabránit nerovnováze článků během procesu. Jediným řešením je tedy použití externího systému, který vyžaduje, aby se články po jejich nerovnováze znovu vyvážily. Tento systém se nazývá systém vyvažování baterií. Jak dosáhnout vyvážení LiFePo4 baterií? Systém správy baterií (BMS) LiFePo4 baterie obecně nedokážou sama o sobě dosáhnout vyvážení baterie, lze toho dosáhnout...systém správy baterií(BMS). Výrobce baterií integruje do této desky BMS funkci vyvažování baterií a další ochranné funkce, jako je ochrana proti přepětí, indikátor nabití (SOC), alarm/ochrana proti přehřátí atd. Nabíječka lithium-iontových baterií s funkcí vyvažování Tato nabíječka, známá také jako „vyvažovací nabíječka baterií“, integruje funkci vyvážení pro podporu různých baterií s různým počtem článků (např. 1~6S). I když vaše baterie nemá desku BMS, můžete pomocí této nabíječky nabíjet lithium-iontovou baterii a dosáhnout tak vyvážení. Vyvažovací deska Pokud používáte vyváženou nabíječku baterií, musíte také připojit nabíječku a baterii k vyvažovací desce výběrem specifické zásuvky na vyvažovací desce. Modul ochranného obvodu (PCM) Deska PCM je elektronická deska, která je připojena k baterii LiFePo4 a její hlavní funkcí je chránit baterii a uživatele před poruchou. Aby bylo zajištěno bezpečné používání, musí LiFePo4 baterie pracovat za velmi přísných napěťových parametrů. V závislosti na výrobci a chemickém složení baterie se tento parametr napětí pohybuje mezi 3,2 V na článek u vybitých baterií a 3,65 V na článek u dobíjecích baterií. Deska PCM tyto napěťové parametry monitoruje a v případě jejich překročení odpojí baterii od zátěže nebo nabíječky. V případě jedné LiFePo4 baterie nebo více LiFePo4 baterií zapojených paralelně je to snadné, protože deska PCM monitoruje jednotlivá napětí. Pokud je však více baterií zapojeno sériově, musí deska PCM monitorovat napětí každé baterie. Typy vyvažování baterií Pro LiFePo4 akumulátory byly vyvinuty různé algoritmy pro vyvažování baterií. Ty se dělí na pasivní a aktivní metody vyvažování baterií založené na napětí baterie a stavu nabití (SOC). Pasivní vyvažování baterií Technika pasivního vyvažování baterií odděluje přebytečný náboj z plně nabité LiFePo4 baterie pomocí odporových prvků a dává všem článkům podobný náboj jako při nejnižším nabití LiFePo4 baterie. Tato technika je spolehlivější a používá méně komponent, čímž snižuje celkové náklady na systém. Technologie však snižuje účinnost systému, protože energie se rozptýlí ve formě tepla, které generuje energetické ztráty. Proto je tato technologie vhodná pro aplikace s nízkým příkonem. Aktivní vyvažování baterie Aktivní vyvažování náboje je řešením problémů spojených s LiFePo4 bateriemi. Technika aktivního vyvažování článků vybíjí náboj z LiFePo4 baterie s vyšší energií a přenáší jej do LiFePo4 baterie s nižší energií. Ve srovnání s technologií pasivního vyvažování článků tato technika šetří energii v LiFePo4 bateriovém modulu, čímž zvyšuje účinnost systému a vyžaduje kratší dobu pro vyvažování mezi články LiFePo4 bateriového paketu, což umožňuje vyšší nabíjecí proudy. I když je LiFePo4 baterie v klidu, i dokonale sladěné LiFePo4 baterie ztrácejí náboj různou rychlostí, protože rychlost samovybíjení se mění v závislosti na teplotním gradientu: zvýšení teploty baterie o 10 °C již zdvojnásobuje rychlost samovybíjení. Aktivní vyvažování náboje však může obnovit rovnováhu článků, i když jsou v klidu. Tato technika má však složité obvody, což zvyšuje celkové náklady na systém. Proto je aktivní vyvažování článků vhodné pro aplikace s vysokým výkonem. Existují různé topologie aktivních vyvažovacích obvodů klasifikované podle komponent pro ukládání energie, jako jsou kondenzátory, induktory/transformátory a elektronické měniče. Celkově vzato, systém aktivní správy baterií snižuje celkové náklady na LiFePo4 bateriový blok, protože nevyžaduje nadměrné dimenzování článků pro kompenzaci rozptylu a nerovnoměrného stárnutí mezi LiFePo4 bateriemi. Aktivní správa baterií se stává kritickou, když jsou staré články nahrazovány novými a v rámci LiFePo4 bateriového bloku dochází k významným rozdílům. Vzhledem k tomu, že systémy aktivní správy baterií umožňují instalovat články s velkými rozdíly v parametrech LiFePo4 bateriových bloků, zvyšuje se výtěžnost výroby a zároveň se snižují náklady na záruku a údržbu. Systémy aktivní správy baterií proto prospívají výkonu, spolehlivosti a bezpečnosti bateriového bloku a zároveň pomáhají snižovat náklady. Shrnout Aby se minimalizovaly účinky driftu napětí článků, musí být nerovnováhy řádně kompenzovány. Cílem jakéhokoli vyvažovacího řešení je umožnit baterii LiFePo4 pracovat na zamýšlené úrovni výkonu a rozšířit její dostupnou kapacitu. Vyvažování baterie není důležité jen pro zlepšení výkonu aživotní cyklus baterií, také to zvyšuje bezpečnost baterií LiFePo4. Jedná se o jednu z nově vznikajících technologií pro zlepšení bezpečnosti baterií a prodloužení jejich životnosti. Nová technologie vyvažování baterií sleduje množství vyvažování potřebné pro jednotlivé články LiFePo4, prodlužuje tak životnost baterií LiFePo4 a zvyšuje celkovou bezpečnost baterií.