Kuidas elementide tasakaalustamine pikendab LifePo4 aku eluiga?

Kui seadmed vajavad kauakestvat ja suure jõudlusegaLifePo4 akupakett, peavad nad iga raku tasakaalustama. Miks vajab LifePo4 aku aku tasakaalustamist? LifePo4 akudel esineb palju omadusi, näiteks ülepinge, alapinge, ülelaadimis- ja tühjendusvool, termiline läbimurre ja aku pinge tasakaalustamatus. Üks olulisemaid tegureid on elementide tasakaalustamatus, mis muudab aja jooksul iga paki elemendi pinget, vähendades seeläbi aku mahtuvust kiiresti. Kui LifePo4 aku on konstrueeritud kasutama mitut elementi järjestikku, on oluline kujundada elektrilised omadused nii, et elementide pinged oleksid järjepidevalt tasakaalustatud. See ei ole ainult aku jõudluse, vaid ka elutsükli optimeerimise seisukohast. Õpetuse vajadus seisneb selles, et aku tasakaalustamine toimub enne ja pärast aku ehitamist ning seda tuleb teha kogu aku elutsükli jooksul, et säilitada optimaalne aku jõudlus! Akude tasakaalustamise kasutamine võimaldab meil disainida suurema mahutavusega akusid rakenduste jaoks, kuna tasakaalustamine võimaldab akul saavutada kõrgema laetuse taseme (SOC). Võite ette kujutada paljude LifePo4 elementide järjestikku ühendamist, justkui veaksite kelku, millel on palju kelgukoeri. Kelku saab maksimaalse efektiivsusega vedada ainult siis, kui kõik kelgukoerad liiguvad sama kiirusega. Nelja kelgukoera korral, kui üks kelgukoer liigub aeglaselt, peavad ka kolm ülejäänud kelgukoera oma kiirust vähendama, vähendades seega efektiivsust, ja kui üks kelgukoer jookseb kiiremini, veab ta lõpuks teiste kolme kelgukoera koormat ja teeb endale haiget. Seega, kui mitu LifePo4 elementi on järjestikku ühendatud, peaksid kõigi elementide pingeväärtused olema võrdsed, et saada tõhusam LifePo4 akupakett. LifePo4 aku nimipinge on vaid umbes 3,2 V, aga ...kodused energiasalvestussüsteemid, kaasaskantavates toiteallikates, tööstus-, telekommunikatsiooni-, elektriautode ja mikrovõrgu rakendustes vajame nimipingest palju kõrgemat pinget. Viimastel aastatel on laetavad LifePo4 akud mänginud olulist rolli toiteakudes ja energiasalvestussüsteemides tänu oma kergele kaalule, suurele energiatihedusele, pikale elueale, suurele mahtuvusele, kiirele laadimisele, madalale isetühjenemise tasemele ja keskkonnasõbralikkusele. Elementide tasakaalustamine tagab, et iga LifePo4 elemendi pinge ja mahtuvus on samal tasemel, vastasel juhul väheneb LiFePo4 akupaki ulatus ja eluiga oluliselt ning aku jõudlus halveneb! Seetõttu on LifePo4 elementide tasakaalustamine üks olulisemaid tegureid aku kvaliteedi määramisel. Töötamise ajal tekib väike pingevahe, kuid elementide tasakaalustamise abil saame seda hoida vastuvõetavas vahemikus. Tasakaalustamise ajal läbivad suurema mahutavusega elemendid täieliku laadimis-/tühjendustsükli. Ilma elementide tasakaalustamiseta on kõige aeglasema mahutavusega element nõrk koht. Elementide tasakaalustamine on BMS-i üks põhifunktsioone koos temperatuuri jälgimise, laadimise ja muude funktsioonidega, mis aitavad aku eluiga maksimeerida. Muud aku tasakaalustamise põhjused: LifePo4 akupakett ei ole täielikult energiatarve Aku ettenähtust suurema voolutugevuse neeldumine või aku lühistamine põhjustab kõige tõenäolisemalt aku enneaegset riket. Kui LifePo4 akupakett tühjeneb, tühjenevad nõrgemad elemendid kiiremini kui terved elemendid ja saavutavad minimaalse pinge kiiremini kui teised elemendid. Kui üks element saavutab minimaalse pinge, ühendatakse kogu akupakett koormusest lahti. Selle tulemuseks on akupaki kasutamata energiamaht. Rakkude lagunemine Kui LifePo4 akut laetakse isegi veidi üle selle soovitusliku väärtuse, siis lüheneb nii aku efektiivsus kui ka eluiga. Näiteks laadimispinge väike tõus 3,2 V-lt 3,25 V-le lagundab akut 30% kiiremini. Seega, kui elementide tasakaalustamine pole täpne, lühendab ka väike ülelaadimine aku eluiga. Akupaki mittetäielik laadimine LifePo4 akusid laetakse pideva voolutugevusega vahemikus 0,5 kuni 1,0. LifePo4 aku pinge tõuseb laadimise edenedes ja jõuab haripunkti, kui see on täielikult laetud, seejärel langeb. Kujutage ette kolme elementi vastavalt 85 Ah, 86 Ah ja 87 Ah mahutavusega ning 100% SoC-ga – kõik elemendid vabastatakse ja nende SoC väheneb. Näete kiiresti, et element 1 saab esimesena tühjaks, kuna sellel on madalaim mahtuvus. Kui elementide pakettidele lülitatakse toide ja sama vool voolab läbi elementide, siis elemendi 1 laadimise ajal jällegi tagapool püsib ja seda võib pidada täielikult laetuks, kuna kaks ülejäänud elementi on täielikult laetud. See tähendab, et elementide 1 kulonomeetriline efektiivsus (CE) on madalam elementide isekuumenemise tõttu, mis põhjustab elementide ebavõrdsust. Termiline põgenemine Kõige kohutavam asi, mis juhtuda saab, on termiline läbimurre. Nagu me aru saameliitiumpatareidon väga tundlikud nii ülelaadimise kui ka ületühjendamise suhtes. Nelja elemendi pakis, kui ühe elemendi pinge on 3,5 V ja teise 3,2 V, laeb laadimine kõiki elemente koos, kuna need on jadamisi, ja see laeb 3,5 V elementi soovituslikust pingest kõrgemale, kuna teisi akusid tuleb endiselt laadida. See viib termilise läbimurdeni, kui sisemise soojuse tootmise kiirus ületab soojuse eraldumise kiiruse. See põhjustab LifePo4 akupaki termilise kontrolli kaotamise. Mis põhjustab akuplokkide elementide tasakaalustamatust? Nüüd me mõistame, miks on oluline hoida kõiki akupaki elemente tasakaalus. Probleemi õigeks lahendamiseks peame aga teadma, miks elemendid tasakaalust välja lähevad. Nagu varem mainitud, kui akupakett luuakse elementide järjestikku ühendamise teel, tagatakse, et kõik elemendid jäävad samale pingetasemele. Seega on uuel akupaketil alati tasakaalustatud elemendid. Kuid kui akupakett kasutusele võetakse, lähevad elemendid järgmiste tegurite tõttu tasakaalust välja. SOC lahknevus Aku elementide laadimiskoormuse mõõtmine on keeruline, seega on aku konkreetsete elementide laadimiskoormuse hindamine väga komplitseeritud. Optimaalne elementide harmoniseerimismeetod peaks sobitama sama laadimiskoormusega elemente, mitte täpselt sama pinge (OCV) kraadiga elemente. Kuna aga patareide valmistamisel on peaaegu võimatu elemente sobitada ainult pinge järgi, võib laadimiskoormuse erinevus aja jooksul kaasa tuua OCV muutuse. Sisemise takistuse variant Sama sisemise takistusega (IR) elemente on äärmiselt raske leida ning aku vananedes muutub ka elemendi IR, seega ei ole akupakis kõigil elementidel sama IR. Nagu me teame, suurendab IR elemendi sisemist takistust, mis määrab läbiva voolu. Kuna IR muutub, muutuvad ka elemendi läbiv vool ja pinge. Temperatuuritase Akuelemendi laadimis- ja tühjenemisvõime sõltub ka ümbritsevast temperatuurist. Suuremates akupakettides, näiteks elektriautodes või päikesepaneelides, on elemendid jaotatud jäätmealale ja patareide vahel võib esineda temperatuurierinevusi, mille tõttu üks element laeb või tühjeneb kiiremini kui teised elemendid, põhjustades ebavõrdsust. Eelnevast on selge, et me ei saa vältida elementide tasakaalutust kogu protsessi vältel. Seega on ainus lahendus kasutada välist süsteemi, mis nõuab elementide uuesti tasakaalustumist pärast tasakaalutust. Seda süsteemi nimetatakse aku tasakaalustamissüsteemiks. Kuidas saavutada LiFePo4 aku tasakaalu? Aku haldussüsteem (BMS) Üldiselt ei suuda LiFePo4 aku ise aku tasakaalustamist saavutada, seda saab saavutada järgmiselt:aku haldussüsteem(BMS). Aku tootja integreerib sellele BMS-plaadile aku tasakaalustamisfunktsiooni ja muud kaitsefunktsioonid, näiteks ülepingekaitse, laadimise indikaatori, ületemperatuuri alarmi/kaitse jne. Li-ioonaku laadija tasakaalustusfunktsiooniga Tuntud ka kui „tasakaalustav akulaadija“, on laadijal tasakaalustamisfunktsioon, mis toetab erineva stringiarvuga akusid (nt 1–6S). Isegi kui teie akul pole BMS-plaati, saate selle akulaadijaga oma liitiumioonakut laadida, et saavutada tasakaalustamine. Tasakaalustuslaud Tasakaalustatud akulaadija kasutamisel peate laadija ja aku ühendama ka tasakaalustusplaadiga, valides tasakaalustusplaadilt konkreetse pesa. Kaitseahela moodul (PCM) PCM-plaat on elektrooniline plaat, mis on ühendatud LiFePo4 akupakiga ja mille peamine ülesanne on kaitsta akut ja kasutajat rikete eest. Ohutu kasutamise tagamiseks peab LiFePo4 aku töötama väga rangete pingeparameetrite alusel. Sõltuvalt aku tootjast ja keemilisest koostisest varieerub see pingeparameeter 3,2 V elemendi kohta tühjenenud akude puhul kuni 3,65 V elemendi kohta laetavate akude puhul. PCM-plaat jälgib neid pingeparameetreid ja ühendab aku koormusest või laadijast lahti, kui need ületatakse. Ühe LiFePo4 aku või mitme paralleelselt ühendatud LiFePo4 aku puhul on see lihtne, kuna PCM-plaat jälgib individuaalseid pingeid. Kui aga mitu akut on järjestikku ühendatud, peab PCM-plaat jälgima iga aku pinget. Aku tasakaalustamise tüübid LiFePo4 akupaki jaoks on välja töötatud mitmesuguseid aku tasakaalustamise algoritme. Need jagunevad passiivseteks ja aktiivseteks aku tasakaalustamise meetoditeks, mis põhinevad aku pingel ja SOC-l. Passiivne aku tasakaalustamine Passiivse aku tasakaalustamise tehnika eraldab täielikult laetud LiFePo4 akust liigse laengu takistuselementide abil ja annab kõigile elementidele sarnase laengu nagu madalaima laetusega LiFePo4 aku puhul. See tehnika on usaldusväärsem ja kasutab vähem komponente, vähendades seeläbi süsteemi kogukulu. Siiski vähendab see tehnoloogia süsteemi efektiivsust, kuna energia hajub soojuse kujul, mis tekitab energiakadu. Seetõttu sobib see tehnoloogia väikese energiatarbega rakenduste jaoks. Aktiivne aku tasakaalustamine Aktiivne laengu tasakaalustamine on lahendus LiFePo4 akudega seotud probleemidele. Aktiivse elementide tasakaalustamise tehnika tühjendab laengu suurema energiatarbega LiFePo4 akust ja kannab selle üle väiksema energiatarbega LiFePo4 akule. Võrreldes passiivse elementide tasakaalustamise tehnoloogiaga säästab see tehnika LiFePo4 aku moodulis energiat, suurendades seeläbi süsteemi efektiivsust ja nõudes LiFePo4 akupaki elementide vaheliseks tasakaalustamiseks vähem aega, mis võimaldab suuremat laadimisvoolu. Isegi kui LiFePo4 akupakett on puhkeolekus, kaotavad isegi ideaalselt sobivad LiFePo4 akud laengut erineva kiirusega, kuna isetühjenemise kiirus varieerub sõltuvalt temperatuurigradientist: aku temperatuuri tõus 10 °C võrra kahekordistab isetühjenemise kiirust. Aktiivne laengu tasakaalustamine suudab aga taastada elementide tasakaalu isegi puhkeolekus. Sellel tehnikal on aga keerukas vooluring, mis suurendab süsteemi üldist maksumust. Seetõttu sobib aktiivne elementide tasakaalustamine suure võimsusega rakenduste jaoks. Energia salvestamise komponentide järgi on liigitatud mitmesuguseid aktiivse tasakaalustamise vooluringi topoloogiaid, näiteks kondensaatorid, induktiivpoolid/trafod ja elektroonilised muundurid. Üldiselt vähendab aktiivne akuhaldussüsteem LiFePo4 akupaketi kogumaksumust, kuna see ei nõua elementide üledimensioneerimist, et kompenseerida LiFePo4 akude hajumist ja ebaühtlast vananemist. Aktiivne akuhaldus muutub kriitiliseks siis, kui vanad elemendid asendatakse uutega ja LiFePo4 akupaketis on olulisi erinevusi. Kuna aktiivsed akuhaldussüsteemid võimaldavad LiFePo4 akupakettidesse paigaldada elemente, mille parameetrid on väga erinevad, suureneb tootmismaht, samal ajal kui garantii- ja hoolduskulud vähenevad. Seetõttu parandavad aktiivsed akuhaldussüsteemid akupaketi jõudlust, töökindlust ja ohutust, aidates samal ajal kulusid vähendada. Kokkuvõte Elementide pinge triivi mõjude minimeerimiseks tuleb tasakaalustamatust korralikult modereerida. Iga tasakaalustamislahenduse eesmärk on võimaldada LiFePo4 akupaki töötamist ettenähtud jõudlustasemel ja laiendada selle saadaolevat mahtuvust. Aku tasakaalustamine pole oluline ainult jõudluse parandamiseks jaakude elutsükkel, see lisab LiFePo4 akupakile ka ohutusteguri. See on üks uusimaid tehnoloogiaid akuohutuse parandamiseks ja aku eluea pikendamiseks. Kuna uus aku tasakaalustamise tehnoloogia jälgib üksikute LiFePo4 elementide jaoks vajalikku tasakaalustamist, pikendab see LiFePo4 aku eluiga ja parandab aku üldist ohutust.