Kiel Ĉela Ekvilibrigo Plilongigas la Vivon de Po4-Baterio?

Kiam aparatoj bezonas longdaŭran, alt-efikecanLifePo4-baterio, ili bezonas ekvilibrigi ĉiun ĉelon. Kial LifePo4-baterio bezonas baterian ekvilibron? LifePo4-baterioj estas submetitaj al multaj karakterizaĵoj kiel trotensio, subtensio, troŝarga kaj malŝarga kurento, termika forkurado kaj malekvilibro de la bateria tensio. Unu el la plej gravaj faktoroj estas la ĉelmalekvilibro, kiu ŝanĝas la tension de ĉiu ĉelo en la baterio laŭlonge de la tempo, tiel rapide reduktante la baterian kapaciton. Kiam la LifePo4-baterio estas desegnita por uzi plurajn ĉelojn en serio, gravas desegni la elektrajn karakterizaĵojn por konstante ekvilibrigi la ĉeltensiojn. Ĉi tio estas ne nur por la funkciado de la baterio, sed ankaŭ por optimumigi la vivciklon. La bezono de doktrino estas, ke bateria ekvilibrigo okazas antaŭ kaj post kiam la baterio estas konstruita kaj devas esti farita dum la tuta vivciklo de la baterio por konservi optimuman baterian funkciadon! La uzo de bateria ekvilibrigo permesas al ni desegni bateriojn kun pli alta kapacito por aplikoj, ĉar la ekvilibrigo permesas al la baterio atingi pli altan ŝargostaton (SOC). Vi povas imagi konekti multajn LifePo4-ĉelajn unuojn serie kvazaŭ vi tirus sledon kun multaj sledhundoj. La sledo povas esti tirata kun maksimuma efikeco nur se ĉiuj sledhundoj veturas kun la sama rapideco. Kun kvar sledhundoj, se unu sledhundo kuras malrapide, tiam la aliaj tri sledhundoj ankaŭ devas redukti sian rapidecon, tiel reduktante efikecon, kaj se unu sledhundo kuras pli rapide, ĝi finos tiri la ŝarĝon de la aliaj tri sledhundoj kaj vundos sin. Tial, kiam pluraj LifePo4-ĉeloj estas konektitaj serie, la tensiaj valoroj de ĉiuj ĉeloj devus esti egalaj por akiri pli efikan LifePo4-baterian pakon. La nominala LifePo4-baterio estas taksita je nur ĉirkaŭ 3,2V, sed enhejmaj energiaj stokaj sistemoj, porteblaj elektroprovizoj, industriaj, telekomunikaj, elektraj veturiloj kaj mikroretaj aplikoj, ni bezonas multe pli altan tension ol la nominala. En la lastaj jaroj, reŝargeblaj LifePo4-baterioj ludis kritikan rolon en elektrobaterioj kaj energiakumulaj sistemoj pro sia malpeza pezo, alta energidenseco, longa vivdaŭro, alta kapacito, rapida ŝargado, malaltaj memmalŝargaj niveloj kaj media amikeco. Ĉelbalancigo certigas, ke la tensio kaj kapacito de ĉiu LifePo4-ĉelo estas je la sama nivelo, alie la atingodistanco kaj vivdaŭro de la LiFePo4-baterio estos multe reduktitaj, kaj la bateria rendimento estos degradita! Tial, LifePo4-ĉelbalancigo estas unu el la plej gravaj faktoroj por determini la kvaliton de la baterio. Dum funkciado, malgranda tensiointerspaco okazos, sed ni povas teni ĝin ene de akceptebla intervalo per ĉelbalancigo. Dum ekvilibrigo, la pli altkapacitaj ĉeloj spertas plenan ŝarĝo-malŝarĝo-ciklon. Sen ĉelbalancigo, la ĉelo kun la plej malrapida kapacito estas malforta punkto. Ĉelbalancigo estas unu el la kernaj funkcioj de la BMS, kune kun temperaturmonitorado, ŝargado kaj aliaj funkcioj, kiuj helpas maksimumigi la vivdaŭron de la baterujo. Aliaj kialoj por bateria ekvilibro: LifePo4-baterio pcak nekompleta energikonsumo Absorbi pli da kurento ol la baterio estas desegnita por aŭ fuŝkontaktigi la baterion plej verŝajne kaŭzas trofruan baterian paneon. Kiam LifePo4-baterio malŝarĝiĝas, pli malfortaj ĉeloj malŝarĝiĝos pli rapide ol sanaj ĉeloj, kaj ili atingos minimuman tension pli rapide ol aliaj ĉeloj. Kiam ĉelo atingas minimuman tension, la tuta baterio ankaŭ malkonektiĝas de la ŝarĝo. Tio rezultas en neuzata kapacito de bateria energio. Ĉela degenero Kiam LifePo4-ĉelo estas troŝargita eĉ iomete super sia rekomendita valoro, la efikeco kaj ankaŭ la vivdaŭro de la ĉelo reduktiĝas. Ekzemple, eta plialtigo de la ŝarĝtensio de 3,2V al 3,25V pli rapide difektos la baterion je 30%. Do, se la ĉelbalancigo ne estas preciza, ankaŭ eta troŝargado malpliigos la vivdaŭron de la baterio. Nekompleta Ŝargado de Poŝtelefona Pako LifePo4-baterioj estas ŝargitaj je kontinua kurento inter 0,5 kaj ankaŭ 1,0 rapidecoj. La LifePo4-bateriotensio pliiĝas dum la ŝargado progresas por atingi kulminon kiam ĝi estas plene ŝargita kaj sekve malpliiĝas. Imagu tri ĉelojn kun 85 Ah, 86 Ah kaj 87 Ah respektive kaj 100-procenta SoC, kaj ĉiuj ĉeloj poste estas liberigitaj kaj ilia SoC malpliiĝas. Vi povas rapide rimarki, ke ĉelo 1 estas la unua, kiu elĉerpas energion, ĉar ĝi havas la plej malaltan kapablon. Kiam elektro estas enigita en la ĉelpakaĵojn kaj la sama kurento fluas tra la ĉeloj, denove ĉelo 1 haltas dum la ŝargado kaj povas esti konsiderata plene ŝargita, ĉar la aliaj du ĉeloj estas plene ŝargitaj. Tio signifas, ke ĉeloj 1 havas pli malaltan Kulometrian Efikecon (KE) pro la memvarmiĝo de la ĉelo, kiu kaŭzas ĉelan malegalecon. Termika Forkurubo La plej terura punkto, kiu povas okazi, estas termika forfluo. Kiel ni komprenaslitiaj ĉelojestas tre sentemaj al troŝargado kaj ankaŭ tromalŝargado. En pako de 4 ĉeloj, se unu ĉelo estas 3,5 V dum la aliaj estas 3,2 V, la ŝargo certe ŝarĝos ĉiujn ĉelojn kune ĉar ili estas en serio kaj ĝi ŝarĝos la 3,5 V ĉelon je pli alta ol rekomendita tensio ĉar la aliaj baterioj ankoraŭ bezonas ŝargadon. Tio kondukas al termika forkurado kiam la rapideco de interna varmogenerado superas la rapidecon je kiu la varmo povas esti liberigita. Tio kaŭzas ke la LifePo4-baterio fariĝas termike nekontrolita. Kio kaŭzas ĉelan malbalanciĝon en bateriaj pakoj? Nun ni komprenas kial teni ĉiujn ĉelojn ekvilibraj en baterio estas esenca. Tamen por trakti la problemon konvene, ni devas scii kial la ĉeloj malekvilibriĝas rekte. Kiel menciite antaŭe, kiam baterio estas kreita per serio de ĉeloj, oni certigas, ke ĉiuj ĉeloj restas en la samaj tensiaj niveloj. Do nova baterio ĉiam havos ekvilibrajn ĉelojn. Sed kiam la baterio estas uzata, la ĉeloj malekvilibriĝas pro la jenaj faktoroj. SOC-Malkongruo Mezuri la SOC de ĉelo estas komplika; tial estas tre komplika taksi la SOC de specifaj ĉeloj en baterio. Optimuma ĉel-harmoniga metodo devus kongrui kun ĉeloj de la sama SOC anstataŭ kun precize la samaj tensio-gradoj (OCV). Sed ĉar preskaŭ ne eblas, ke ĉeloj kongruas nur laŭ tensiaj terminoj dum kreado de pako, la variaĵo en SOC povas rezultigi modifon en OCV poste. Interna rezistanca variaĵo Estas ekstreme malfacile trovi ĉelojn kun la sama interna rezistanco (IR), kaj kiam la baterio maljuniĝas, la IR de la ĉelo ankaŭ ŝanĝiĝas, kaj tial en baterio ne ĉiuj ĉeloj havos la saman IR. Kiel ni komprenas, la IR aldonas al la interna rezisteco de la ĉelo, kiu determinas la kurenton fluantan tra la ĉelo. Ĉar la IR varias, la kurento tra la ĉelo kaj ankaŭ ĝia tensio ankaŭ diferenciĝas. Temperaturnivelo La ŝarĝo- kaj liberigokapablo de la ĉelo ankaŭ dependas de la ĉirkaŭa temperaturo. En grava bateriaro kiel en elektraj veturiloj aŭ sunaj paneloj, la ĉeloj estas distribuitaj super malŝparema areo kaj povas esti temperaturdiferenco inter la bateriaro mem, kaŭzante ke unu ĉelo ŝarĝiĝas aŭ malŝarĝiĝas pli rapide ol la ceteraj ĉeloj, kaŭzante malegalecon. El la supre menciitaj faktoroj, estas klare, ke ni ne povas malhelpi malekvilibrigon de ĉeloj dum la proceduro. Do, la sola rimedo estas uzi eksteran sistemon, kiu postulas, ke la ĉeloj denove ekvilibriĝu post kiam ili malekvilibriĝas. Ĉi tiu sistemo nomiĝas la Bateria Ekvilibriga Sistemo. Kiel atingi ekvilibron de LiFePo4-baterio? Bateria Administra Sistemo (BMS) Ĝenerale, la bateriaro LiFePo4 ne povas atingi ekvilibron per si mem, ĝi povas esti atingita perbateria mastruma sistemo(BMS). La bateriofabrikisto integros la baterian ekvilibrigan funkcion kaj aliajn protektajn funkciojn kiel ekzemple protekton kontraŭ troa tensio, indikilon de SOC, alarmon/protekton kontraŭ troa temperaturo, ktp. sur ĉi tiun BMS-tabulon. Li-jona baterioŝargilo kun ekvilibriga funkcio Ankaŭ konata kiel "ekvilibra baterioŝargilo", la ŝargilo integras ekvilibran funkcion por subteni malsamajn bateriojn kun malsamaj ĉennombroj (ekz. 1~6S). Eĉ se via baterio ne havas BMS-platon, vi povas ŝargi vian litio-jonan baterion per ĉi tiu baterioŝargilo por atingi ekvilibron. Ekvilibra tabulo Kiam vi uzas ekvilibran baterioŝargilon, vi ankaŭ devas konekti la ŝargilon kaj vian baterion al la ekvilibriga tabulo elektante specifan ingon de la ekvilibriga tabulo. Protekta Cirkvita Modulo (PCM) La PCM-tabulo estas elektronika tabulo konektita al la LiFePo4-baterio kaj ĝia ĉefa funkcio estas protekti la baterion kaj la uzanton kontraŭ paneo. Por certigi sekuran uzon, la LiFePo4-baterio devas funkcii sub tre striktaj tensiaj parametroj. Depende de la bateria fabrikanto kaj kemio, ĉi tiu tensioparametro varias inter 3,2 V po ĉelo por malŝarĝitaj baterioj kaj 3,65 V po ĉelo por reŝargeblaj baterioj. La PCM-plato monitoras ĉi tiujn tensiajn parametrojn kaj malkonektas la baterion de la ŝarĝo aŭ ŝargilo se ili estas superitaj. En la kazo de unuopa LiFePo4-baterio aŭ pluraj LiFePo4-baterioj konektitaj paralele, tio estas facile farebla ĉar la PCM-tabulo monitoras la individuajn tensiojn. Tamen, kiam pluraj baterioj estas konektitaj serie, la PCM-tabulo devas monitori la tension de ĉiu baterio. Tipoj de Baterio-Ekvilibrigo Diversaj algoritmoj pri bateriekvilibro estis evoluigitaj por LiFePo4-baterioj. Ĝi estas dividita en pasivajn kaj aktivajn metodojn por bateriekvilibro, bazitajn sur bateria tensio kaj SOC. Pasiva Baterio-Ekvilibrigo La pasiva bateriobalanciga tekniko apartigas la troan ŝargon de plene ŝargita LiFePo4-baterio per rezistivaj elementoj kaj donas al ĉiuj ĉeloj similan ŝargon al la plej malalta LiFePo4-baterioŝargo. Ĉi tiu tekniko estas pli fidinda kaj uzas malpli da komponantoj, tiel reduktante la totalan sistemkoston. Tamen, la teknologio reduktas la efikecon de la sistemo, ĉar energio estas disipita en la formo de varmo, kiu generas energiperdon. Tial, ĉi tiu teknologio taŭgas por malalt-energiaj aplikoj. Aktiva bateria ekvilibro Aktiva ŝarga ekvilibrigo estas solvo al la defioj asociitaj kun LiFePo4-baterioj. La tekniko de aktiva ĉelbalancado malŝarĝas la ŝargon de la pli alt-energia LiFePo4-baterio kaj transdonas ĝin al la malpli alt-energia LiFePo4-baterio. Kompare kun pasiva ĉelbalanca teknologio, ĉi tiu tekniko ŝparas energion en la LiFePo4-bateria modulo, tiel pliigante la efikecon de la sistemo, kaj postulas malpli da tempo por ekvilibrigi inter la ĉeloj de la LiFePo4-bateriaro, permesante pli altajn ŝargajn kurentojn. Eĉ kiam la LiFePo4-bateriaro estas en ripozo, eĉ perfekte kongruaj LiFePo4-baterioj perdas ŝargon je malsamaj rapidoj, ĉar la rapido de mem-malŝarĝo varias depende de la temperaturgradiento: 10°C-pliiĝo en la bateria temperaturo jam duobligas la rapidon de mem-malŝarĝo. Tamen, aktiva ŝarga ekvilibrigo povas restarigi ĉelojn al ekvilibro, eĉ se ili estas en ripozo. Tamen, ĉi tiu tekniko havas kompleksan cirkviton, kiu pliigas la totalan sisteman koston. Tial, aktiva ĉelbalancado taŭgas por alt-potencaj aplikoj. Ekzistas diversaj topologioj de aktivaj ekvilibraj cirkvitoj klasifikitaj laŭ energiakumpilaj komponantoj, kiel kondensiloj, induktoroj/transformiloj kaj elektronikaj konvertiloj. Ĝenerale, la aktiva bateria mastruma sistemo reduktas la totalan koston de la LiFePo4-baterio, ĉar ĝi ne postulas trograndigon de la ĉeloj por kompensi disperson kaj neegalan maljuniĝon inter la LiFePo4-baterioj. Aktiva bateria mastrumado fariĝas kritika kiam malnovaj ĉeloj estas anstataŭigitaj per novaj ĉeloj kaj ekzistas signifa vario ene de la LiFePo4-baterio. Ĉar aktivaj bateriaj mastrumaj sistemoj ebligas instali ĉelojn kun grandaj parametrovarioj en LiFePo4-baterioj, la produktadrendimentoj pliiĝas dum garantiaj kaj bontenaj kostoj malpliiĝas. Tial, aktivaj bateriaj mastrumaj sistemoj profitigas la rendimenton, fidindecon kaj sekurecon de la bateriaro, samtempe helpante redukti kostojn. Resumi Por minimumigi la efikojn de ĉeltensio-drivo, malekvilibroj devas esti konvene moderigitaj. La celo de iu ajn ekvilibriga solvo estas permesi al la LiFePo4-baterio funkcii je sia celita nivelo de rendimento kaj plilongigi sian disponeblan kapaciton. Baterioekvilibrigo gravas ne nur por plibonigi rendimenton kajvivciklo de baterioj, ĝi ankaŭ aldonas sekurecfaktoron al la LiFePo4-baterio. Unu el la emerĝantaj teknologioj por plibonigi la baterian sekurecon kaj plilongigi la baterian vivon. Ĉar la nova bateria ekvilibriga teknologio spuras la kvanton da ekvilibrigo bezonata por individuaj LiFePo4-ĉeloj, ĝi plilongigas la vivon de la LiFePo4-baterio kaj plibonigas la ĝeneralan baterian sekurecon.