Kun laitteet tarvitsevat pitkäkestoisen ja tehokkaanLifePo4-akkupaketti, niiden täytyy tasapainottaa jokainen solu. 
Miksi LifePo4-akku tarvitsee akun tasapainottamista? LifePo4-akut ovat alttiita monille ominaisuuksille, kuten ylijännitteelle, alijännitteelle, ylilataus- ja purkausvirralle, lämpöpurkauksille ja akun jännitteen epätasapainolle. Yksi tärkeimmistä tekijöistä on kennojen epätasapaino, joka muuttaa jokaisen kennon jännitettä ajan myötä ja vähentää siten akun kapasiteettia nopeasti. Kun LifePo4-akku on suunniteltu käyttämään useita kennoja sarjassa, on tärkeää suunnitella sähköiset ominaisuudet siten, että kennojen jännitteet tasapainotetaan tasaisesti. Tämä ei ole vain akun suorituskyvyn kannalta, vaan myös käyttöiän optimoimiseksi. Oppi on tärkeää, että akun tasapainottaminen tapahtuu ennen akun rakentamista ja sen jälkeen, ja se on tehtävä koko akun elinkaaren ajan optimaalisen akun suorituskyvyn ylläpitämiseksi! Akkujen tasapainottamisen avulla voimme suunnitella suurempikapasiteettisia akkuja sovelluksiin, koska tasapainottaminen mahdollistaa akun korkeamman varaustilan (SOC). Voit kuvitella kytkevän useita LifePo4-kennoja sarjaan ikään kuin vetäisit rekeä, jossa on useita rekikoiria. Rekeä voidaan vetää maksimaalisella hyötysuhteella vain, jos kaikki rekikoirat kulkevat samalla nopeudella. Jos neljä rekikoiraa on käynnissä ja yksi rekikoira kulkee hitaasti, myös kolmen muun rekikoiran on hidastettava nopeuttaan, mikä heikentää hyötysuhdetta. Jos yksi rekikoira kulkee nopeammin, se vetää kolmen muun rekikoiran kuormaa ja vahingoittaa itseään. Siksi, kun useita LifePo4-kennoja kytketään sarjaan, kaikkien kennojen jännitearvojen tulisi olla samat, jotta saadaan tehokkaampi LifePo4-akkupaketti. 
LifePo4-akun nimellisjännite on vain noin 3,2 V, muttakodin energian varastointijärjestelmät, kannettavissa virtalähteissä, teollisuudessa, tietoliikenteessä, sähköajoneuvoissa ja mikroverkkosovelluksissa tarvitsemme paljon nimellisjännitettä korkeamman jännitteen. Viime vuosina ladattavilla LifePo4-akuilla on ollut ratkaiseva rooli tehoakuissa ja energian varastointijärjestelmissä niiden keveyden, suuren energiatiheyden, pitkän käyttöiän, suuren kapasiteetin, nopean latauksen, alhaisen itsepurkautumisen ja ympäristöystävällisyyden ansiosta. Kennojen tasapainotus varmistaa, että jokaisen LifePo4-kennon jännite ja kapasiteetti ovat samalla tasolla, muuten LiFePo4-akun kantama ja käyttöikä lyhenevät huomattavasti ja akun suorituskyky heikkenee! Siksi LifePo4-kennojen tasapainotus on yksi tärkeimmistä tekijöistä akun laadun määrittämisessä. Käytön aikana esiintyy pieni jännite-ero, mutta voimme pitää sen hyväksyttävällä alueella kennojen tasapainotuksen avulla. Tasapainotuksen aikana suuremman kapasiteetin kennot käyvät läpi täyden lataus-/purkaussyklin. Ilman kennojen tasapainotusta hitaimman kapasiteetin omaava kenno on heikko kohta. Kennojen tasapainotus on yksi BMS:n ydintoiminnoista lämpötilan seurannan, latauksen ja muiden akun käyttöiän maksimoimiseksi tarvittavien toimintojen ohella. Muita syitä akun tasapainottamiseen: LifePo4-akkujen epätäydellinen energiankulutus Akun suunniteltua suurempaa virrankulutusta tai akun oikosulkua aiheuttavat todennäköisimmin akun ennenaikaisen vikaantumisen. Kun LifePo4-akku purkautuu, heikommat kennot purkautuvat nopeammin kuin terveet kennot ja ne saavuttavat minimijännitteen nopeammin kuin muut kennot. Kun kenno saavuttaa minimijännitteen, koko akku irtoaa myös kuormasta. Tämä johtaa akun energian käyttämättömään kapasiteettiin. Solujen hajoaminen Kun LifePo4-kennoa yliladataan edes vähän suositellun arvon yli, kennon tehokkuus ja käyttöikä heikkenevät. Esimerkiksi pieni latausjännitteen nousu 3,2 voltista 3,25 volttiin kuluttaa akkua 30 % nopeammin. Joten jos kennojen tasapainotus ei ole tarkka, myös pieni ylilataus lyhentää akun käyttöikää. Akun epätäydellinen lataus LifePo4-akkuja ladataan jatkuvalla virralla 0,5 ja 1,0 välillä. LifePo4-akun jännite nousee latauksen edetessä ja saavuttaa huippunsa, kun akku on täysin ladattu ja laskee sitten. Ajattele kolmea kennoa, joiden kapasiteetti on 85 Ah, 86 Ah ja 87 Ah ja 100-prosenttinen kapasiteettielektroniikka (SoC), ja kaikki kennot vapautuvat ja niiden kapasiteettielektroniikka laskee. Huomaat pian, että kenno 1 on ensimmäinen, jonka virta loppuu, koska sillä on pienin kapasiteetti. Kun kennopakkauksiin kytketään virta ja sama virta virtaa kennojen läpi, kenno 1 jää jälleen latauksen ajaksi odottamaan ja sitä voidaan pitää täysin ladattuna, koska kaksi muuta kennoa on täysin ladattu. Tämä tarkoittaa, että kennoilla 1 on alhaisempi kulometrinen hyötysuhde (CE) kennon itsensä lämpenemisen vuoksi, mikä johtaa kennoepätasapainoon. Lämpökarkaus Kauhein asia, joka voi tapahtua, on lämpöpurkaus. Kuten ymmärrämmelitiumkennotovat erittäin herkkiä ylilataukselle ja ylipurkaukselle. Neljän kennon paketissa, jos yhden kennon jännite on 3,5 V ja muiden 3,2 V, lataus lataa kaikkia kennoja yhdessä, koska ne ovat sarjassa, ja se lataa 3,5 V:n kennon suositeltua korkeampaan jännitteeseen, koska muut akut tarvitsevat vielä latausta. Tämä johtaa lämpökiihtymiseen, kun sisäisen lämmöntuotannon nopeus ylittää lämmön vapautumisnopeuden. Tämä aiheuttaa LifePo4-akun lämpösäätelyn. Mikä laukaisee akkujen kennojen epätasapainon? Nyt ymmärrämme, miksi kaikkien akkuyksikön kennojen tasapainottaminen on tärkeää. Mutta ongelman ratkaisemiseksi asianmukaisesti meidän on tiedettävä ensin, miksi kennot menevät epätasapainoon. Kuten aiemmin mainittiin, kun akkuyksikkö luodaan asettamalla kennot sarjaan, varmistetaan, että kaikki kennot pysyvät samalla jännitetasolla. Joten uudessa akussa on aina tasapainossa olevat kennot. Mutta kun akkuyksikkö otetaan käyttöön, kennot menevät epätasapainoon seuraavien tekijöiden vuoksi. SOC-ristiriita Kennon varaustilan mittaaminen on monimutkaista, joten yksittäisten kennojen varaustilan mittaaminen akussa on erittäin hankalaa. Optimaalisen kennojen harmonisointimenetelmän tulisi sovittaa saman varaustilan kennoja yhteen täsmälleen saman jännitteen (OCV) sijaan. Koska kennojen sovittaminen yhteen vain jännitteen perusteella on lähes mahdotonta pakettia rakennettaessa, varaustilan vaihtelu voi johtaa OCV:n muutokseen aikanaan. Sisäinen vastusvariantti Saman sisäisen resistanssin (IR) omaavien kennojen löytäminen on erittäin vaikeaa, ja akun ikääntyessä kennon IR-arvo muuttuu myös, joten akussa kaikilla kennoilla ei ole samaa IR-arvoa. Ymmärtääksemme IR lisää kennon sisäistä vastustuskykyä, joka määrää kennon läpi kulkevan virran. Koska IR-arvo vaihtelee, kennon läpi kulkeva virta ja myös sen jännite muuttuvat. Lämpötilataso Kennon lataus- ja purkauskyky riippuu myös sitä ympäröivästä lämpötilasta. Merkittävissä akkuyksiköissä, kuten sähköautoissa tai aurinkopaneeleissa, kennot on jaettu jätealueelle, ja yksiköiden välillä voi olla lämpötilaeroja, jolloin yksi kenno latautuu tai purkautuu nopeammin kuin muut kennot, mikä aiheuttaa epätasa-arvon. Yllä olevista tekijöistä on selvää, ettemme voi estää kennojen epätasapainoa prosessin aikana. Joten ainoa ratkaisu on käyttää ulkoista järjestelmää, joka vaatii kennojen tasapainottumista uudelleen epätasapainon menetyksen jälkeen. Tätä järjestelmää kutsutaan akun tasapainotusjärjestelmäksi. 
Miten LiFePo4-akkujen tasapaino saavutetaan? Akkuhallintajärjestelmä (BMS) Yleensä LiFePo4-akku ei pysty itse tasapainottamaan akkua, se voidaan saavuttaaakun hallintajärjestelmä(BMS). Akun valmistaja integroi tähän BMS-korttiin akun tasapainotustoiminnon ja muita suojaustoimintoja, kuten latauksen ylijännitesuojan, SOC-ilmaisimen, ylilämpötilahälytyksen/-suojan jne. Litiumioniakkulaturi tasapainotustoiminnolla Tunnetaan myös nimellä "tasapainottava akkulaturi", ja laturissa on tasapainotustoiminto, joka tukee erilaisia akkuja, joissa on eri merkkijonojen määrä (esim. 1–6S). Vaikka akussasi ei olisi BMS-korttia, voit ladata litiumioniakkusi tällä akkulaturilla tasapainotuksen saavuttamiseksi. Tasapainotuslauta Kun käytät tasapainotettua akkulaturia, sinun on myös kytkettävä laturi ja akku tasapainotuslevyyn valitsemalla tasapainotuslevystä tietty pistorasia. Suojauspiirimoduuli (PCM) PCM-kortti on LiFePo4-akkuun kytketty elektroninen piirilevy, jonka päätehtävänä on suojata akkua ja käyttäjää toimintahäiriöiltä. Turvallisen käytön varmistamiseksi LiFePo4-akun on toimittava erittäin tiukoilla jänniteparametreilla. Akun valmistajasta ja kemiasta riippuen tämä jänniteparametri vaihtelee 3,2 V:sta kennoa kohden tyhjentyneillä akuilla 3,65 V:iin kennoa kohden ladattavilla akuilla. PCM-kortti valvoo näitä jänniteparametreja ja irrottaa akun kuormasta tai laturista, jos ne ylittyvät. Yhden LiFePo4-akun tai useiden rinnan kytkettyjen LiFePo4-akkujen tapauksessa tämä on helppo tehdä, koska PCM-kortti valvoo yksittäisiä jännitteitä. Kun useita akkuja on kytketty sarjaan, PCM-kortin on kuitenkin valvottava kunkin akun jännitettä. Akun tasapainottamisen tyypit LiFePo4-akuille on kehitetty useita akkujen tasapainotusalgoritmeja. Ne jaetaan passiivisiin ja aktiivisiin akkujen tasapainotusmenetelmiin akun jännitteen ja akkurakenteen varauksen perusteella. 
Passiivinen akun tasapainotus Passiivinen akun tasapainotustekniikka erottaa ylimääräisen varauksen täyteen ladatusta LiFePo4-akusta resistiivisten elementtien avulla ja antaa kaikille kennoille samanlaisen varauksen kuin pienimmän varauksen omaavassa LiFePo4-akussa. Tämä tekniikka on luotettavampi ja käyttää vähemmän komponentteja, mikä alentaa järjestelmän kokonaiskustannuksia. Teknologia kuitenkin heikentää järjestelmän tehokkuutta, koska energiaa haihtuu lämmön muodossa, mikä aiheuttaa energiahäviötä. Siksi tämä tekniikka sopii pienitehoisiin sovelluksiin. 
Aktiivinen akun tasapainotus Aktiivinen varauksen tasapainotus on ratkaisu LiFePo4-akkuihin liittyviin haasteisiin. Aktiivinen kennojen tasapainotustekniikka purkaa varauksen korkeaenergisestä LiFePo4-akusta ja siirtää sen matalaenergiseen LiFePo4-akkuun. Passiiviseen kennojen tasapainotustekniikkaan verrattuna tämä tekniikka säästää energiaa LiFePo4-akkumoduulissa, mikä lisää järjestelmän hyötysuhdetta ja vaatii vähemmän aikaa LiFePo4-akkuyksikön kennojen tasapainottamiseen, mikä mahdollistaa suuremmat latausvirrat. Vaikka LiFePo4-akkuyksikkö olisi levossa, jopa täydellisesti sovitetut LiFePo4-akut menettävät varaustaan eri nopeuksilla, koska itsepurkautumisnopeus vaihtelee lämpötilagradientin mukaan: 10 °C:n nousu akun lämpötilassa jo kaksinkertaistaa itsepurkautumisnopeuden. Aktiivinen varauksen tasapainotus voi kuitenkin palauttaa kennot tasapainoon, vaikka ne olisivat levossa. Tässä tekniikassa on kuitenkin monimutkaisia piirejä, jotka lisäävät järjestelmän kokonaiskustannuksia. Siksi aktiivinen kennojen tasapainotus sopii suuritehoisiin sovelluksiin. On olemassa erilaisia aktiivisen tasapainotuksen piirirakenteita, jotka luokitellaan energian varastointikomponenttien mukaan, kuten kondensaattorit, induktorit/muuntajat ja elektroniset muuntimet. Kaiken kaikkiaan aktiivinen akunhallintajärjestelmä alentaa LiFePo4-akkupaketin kokonaiskustannuksia, koska se ei vaadi kennojen ylimitoitusta LiFePo4-akkujen välisen hajaantumisen ja epätasaisen ikääntymisen kompensoimiseksi. Aktiivisesta akunhallintajärjestelmästä tulee kriittinen, kun vanhat kennot korvataan uusilla kennoilla ja LiFePo4-akkupaketin sisällä on merkittäviä eroja. Koska aktiiviset akunhallintajärjestelmät mahdollistavat suurten parametrivaihteluiden omaavien kennojen asentamisen LiFePo4-akkupaketteihin, tuotantomäärät kasvavat samalla kun takuu- ja ylläpitokustannukset pienenevät. Siksi aktiiviset akunhallintajärjestelmät hyödyttävät akkupaketin suorituskykyä, luotettavuutta ja turvallisuutta samalla, kun ne auttavat alentamaan kustannuksia. Yhteenveto Kennojännitevaihtelun vaikutusten minimoimiseksi epätasapainoa on tasapainotettava asianmukaisesti. Minkä tahansa tasapainotusratkaisun tavoitteena on mahdollistaa LiFePo4-akkuyksikön toiminta aiotulla suoritustasolla ja laajentaa sen käytettävissä olevaa kapasiteettia. Akun tasapainottaminen ei ole tärkeää vain suorituskyvyn parantamiseksi jaakkujen elinkaarise lisää myös turvallisuustekijän LiFePo4-akkuihin. Yksi nousevista teknologioista akkuturvallisuuden parantamiseksi ja akun käyttöiän pidentämiseksi. Koska uusi akkujen tasapainotustekniikka seuraa yksittäisten LiFePo4-kennojen tarvitseman tasapainotuksen määrää, se pidentää LiFePo4-akkujen käyttöikää ja parantaa akun yleistä turvallisuutta.
Julkaisun aika: 8.5.2024