Como o balanceo de celas prolonga a vida útil da batería Po4?

Cando os dispositivos precisan dun rendemento duradeiro e de alto rendementoPaquete de baterías LifePo4, necesitan equilibrar cada célula. Por que precisa equilibrarse a batería LifePo4? As baterías LifePo4 están suxeitas a moitas características como sobretensión, subtensión, corrente de sobrecarga e descarga, fuga térmica e desequilibrio da tensión da batería. Un dos factores máis importantes é o desequilibrio das celas, que cambia a tensión de cada cela do paquete co tempo, reducindo así rapidamente a capacidade da batería. Cando o paquete de baterías LifePo4 está deseñado para usar varias celas en serie, é importante deseñar as características eléctricas para equilibrar constantemente as tensións das celas. Isto non só se debe ao rendemento do paquete de baterías, senón tamén a optimizar o ciclo de vida. A necesidade da doutrina é que o equilibrado da batería ocorre antes e despois de que se faga e debe facerse ao longo do ciclo de vida da batería para manter un rendemento óptimo da batería! O uso do balanceo de baterías permítenos deseñar baterías con maior capacidade para as aplicacións porque o balanceo permite que a batería alcance un estado de carga (SOC) máis alto. Podes imaxinar conectar moitas unidades de celas LifePo4 en serie coma se estiveses a tirar dun trineo con moitos cans de trineo. O trineo só se pode tirar coa máxima eficiencia se todos os cans de trineo corren á mesma velocidade. Con catro cans de trineo, se un can de trineo corre lentamente, os outros tres cans de trineo tamén deben reducir a súa velocidade, o que reduce a eficiencia, e se un can de trineo corre máis rápido, acabará tirando da carga dos outros tres cans de trineo e ferindose a si mesmo. Polo tanto, cando se conectan varias celas LifePo4 en serie, os valores de tensión de todas as celas deben ser iguais para obter unha batería LifePo4 máis eficiente. A batería LifePo4 nominal ten unha potencia nominal de só uns 3,2 V, pero ensistemas de almacenamento de enerxía domésticos, fontes de alimentación portátiles, aplicacións industriais, de telecomunicacións, de vehículos eléctricos e de microrredes, necesitamos unha tensión moito maior que a nominal. Nos últimos anos, as baterías recargables LifePo4 xogaron un papel fundamental nas baterías de enerxía e nos sistemas de almacenamento de enerxía debido ao seu peso lixeiro, alta densidade de enerxía, longa vida útil, alta capacidade, carga rápida, baixos niveis de autodescarga e respecto polo medio ambiente. O balance de celas garante que a tensión e a capacidade de cada cela LifePo4 estean ao mesmo nivel; se non, o alcance e a vida útil do paquete de baterías LiFePo4 reduciranse considerablemente e o rendemento da batería degradarase. Polo tanto, o balance de celas LifePo4 é un dos factores máis importantes para determinar a calidade da batería. Durante o funcionamento, producirase unha pequena diferenza de tensión, pero podemos mantela dentro dun rango aceptable mediante o balance de celas. Durante o equilibrado, as celas de maior capacidade sofren un ciclo completo de carga/descarga. Sen o equilibrado de celas, a cela coa capacidade máis lenta é un punto débil. O equilibrado de celas é unha das funcións principais do BMS, xunto coa monitorización da temperatura, a carga e outras funcións que axudan a maximizar a vida útil do paquete. Outras razóns para o equilibrado da batería: Uso incompleto de enerxía da batería LifePo4 PCAK Absorber máis corrente da que está deseñada a batería ou provocar un curtocircuíto na batería ten moitas probabilidades de provocar unha falla prematura da batería. Cando se descarga unha batería LifePo4, as celas máis débiles descargaranse máis rápido que as celas sas e alcanzarán a tensión mínima máis rápido que outras celas. Cando unha cela alcanza a tensión mínima, toda a batería tamén se desconecta da carga. Isto resulta nunha capacidade non utilizada de enerxía da batería. degradación celular Cando unha cela LifePo4 se sobrecarga, mesmo un pouco por riba do valor recomendado, a eficacia e tamén o proceso de vida útil da cela redúcense. Por exemplo, un pequeno aumento na tensión de carga de 3,2 V a 3,25 V descompoñerá a batería máis rápido nun 30 %. Polo tanto, se o equilibrio das celas non é preciso, unha sobrecarga leve tamén reducirá a duración da batería. Carga incompleta dun paquete de móbiles As baterías LifePo4 cargáronse a unha corrente continua de entre 0,5 e 1,0 taxas. A tensión da batería LifePo4 aumenta a medida que avanza a carga ata chegar a un punto álxido cando se carga por completo e, en consecuencia, diminúe. Imaxina tres celas con 85 Ah, 86 Ah e 87 Ah respectivamente e un SoC do 100 %, e todas as celas libéranse e o seu SoC diminúe. Podes descubrir rapidamente que a cela 1 acaba sendo a primeira en quedar sen enerxía porque ten a capacidade máis baixa. Cando se conecta enerxía aos paquetes de celas e a mesma corrente circula polas celas, unha vez máis, a cela 1 quédase atrás durante a carga e pódese considerar completamente cargada xa que as outras dúas celas están completamente cargadas. Isto significa que as celas 1 teñen unha eficacia coulométrica (CE) menor debido ao autoquecemento da cela, que provoca desigualdade nas celas. Fuga térmica O peor punto que pode ocorrer é o desbordamento térmico. Como entendemoscelas de litioson moi sensibles á sobrecarga e á sobredescarga. Nun paquete de 4 celas, se unha cela ten 3,5 V mentres que as outras teñen 3,2 V, a carga cargará todas as celas xuntas porque están en serie e cargará a cela de 3,5 V a unha tensión superior á recomendada porque as outras baterías aínda necesitan cargarse. Isto leva a un descontrol térmico cando a velocidade de xeración de calor interna supera a velocidade á que se pode liberar a calor. Isto fai que o paquete de baterías LifePo4 se descontrole termicamente. Que desencadea o desequilibrio celular nas baterías? Agora entendemos por que é esencial manter todas as celas equilibradas nunha batería. Pero para abordar o problema axeitadamente, debemos saber de primeira man por que as celas se desequilibran. Como se mencionou anteriormente, cando se crea unha batería colocando as celas en serie, asegúrase que todas as celas permanezan nos mesmos niveis de tensión. Polo tanto, unha batería nova sempre terá celas equilibradas. Pero a medida que a batería se pon en uso, as celas desequilibranse debido aos seguintes factores. Discrepancia do SOC Medir o SOC dunha cela é complicado; polo tanto, é moi complexo calcular o SOC de celas específicas nunha batería. Un método óptimo de harmonización de celas debería coincidir coas celas do mesmo SOC en lugar de exactamente cos mesmos graos de tensión (OCV). Pero dado que case non é posible que as celas coincidan só en termos de tensión ao crear un paquete, a variante no SOC pode resultar nunha modificación no OCV no seu debido momento. Variante de resistencia interior É extremadamente difícil atopar celas coa mesma resistencia interna (IR) e, a medida que a batería envellece, o IR da cela tamén se altera, polo que nunha batería non todas as celas terán o mesmo IR. Como sabemos, o IR súmase á insusceptibilidade interna da cela, o que determina a corrente que circula por ela. Debido a que o IR varía, a corrente a través da cela e a súa voltaxe tamén varían. Nivel de temperatura A capacidade de carga e liberación da cela tamén depende da temperatura que a rodea. Nunha batería importante como a dos vehículos eléctricos ou das placas solares, as celas están distribuídas nunha zona de desecho e pode haber unha diferenza de temperatura entre as propias celas, o que fai que unha cela se cargue ou descargue máis rápido que as demais, o que provoca unha desigualdade. Dos factores anteriores, é evidente que non podemos evitar que as células se desequilibren durante o procedemento. Polo tanto, o único remedio é empregar un sistema externo que requira que as células se volvan equilibrar despois de desequilibrarse. Este sistema chámase Sistema de Equilibrio de Baterías. Como conseguir o equilibrio da batería LiFePo4? Sistema de xestión de baterías (BMS) Xeralmente, a batería LiFePo4 non pode lograr o equilibrio da batería por si soa, pódese conseguir mediantesistema de xestión de baterías(BMS). O fabricante da batería integrará a función de equilibrio da batería e outras funcións de protección, como a protección contra sobretensións de carga, o indicador SOC, a alarma/protección contra sobretemperatura, etc., nesta placa BMS. Cargador de batería de ións de litio con función de equilibrio Tamén coñecido como "cargador de baterías equilibrado", o cargador integra unha función de equilibrado para admitir diferentes baterías con diferentes números de cadeas (por exemplo, 1~6S). Mesmo se a túa batería non ten unha placa BMS, podes cargar a túa batería de ións de litio con este cargador de baterías para lograr o equilibrado. Táboa de equilibrio Cando empregues un cargador de batería equilibrado, tamén debes conectar o cargador e a batería á placa de equilibrado seleccionando unha toma específica da placa de equilibrado. Módulo de circuíto de protección (PCM) A placa PCM é unha placa electrónica que se conecta á batería LiFePo4 e a súa función principal é protexer a batería e o usuario de avarías. Para garantir un uso seguro, a batería LiFePo4 debe funcionar baixo uns parámetros de tensión moi estritos. Dependendo do fabricante e da composición química da batería, este parámetro de tensión varía entre 3,2 V por cela para baterías descargadas e 3,65 V por cela para baterías recargables. A placa PCM monitoriza estes parámetros de tensión e desconecta a batería da carga ou do cargador se se superan. No caso dunha única batería LiFePo4 ou de varias baterías LiFePo4 conectadas en paralelo, isto conséguese facilmente porque a placa PCM monitoriza as voltaxes individuais. Non obstante, cando se conectan varias baterías en serie, a placa PCM debe monitorizar a voltaxe de cada batería. Tipos de balanceo de baterías Desenvolvéronse varios algoritmos de balanceo de baterías para paquetes de baterías LiFePo4. Divídense en métodos de balanceo de baterías pasivos e activos baseados na tensión da batería e no estado de carga (SOC). Equilibrio pasivo de baterías A técnica de balanceo pasivo da batería separa o exceso de carga dunha batería LiFePo4 totalmente energizada mediante elementos resistivos e proporciona a todas as celas unha carga similar á carga máis baixa da batería LiFePo4. Esta técnica é máis fiable e usa menos compoñentes, o que reduce o custo global do sistema. Non obstante, a tecnoloxía reduce a eficiencia do sistema xa que a enerxía se disipa en forma de calor que xera perda de enerxía. Polo tanto, esta tecnoloxía é axeitada para aplicacións de baixa potencia. Equilibrio activo da batería O balanceo activo de carga é unha solución para os desafíos asociados coas baterías LiFePo4. A técnica de balanceo activo de celas descarga a carga da batería LiFePo4 de maior enerxía e transfírea á batería LiFePo4 de menor enerxía. En comparación coa tecnoloxía de balanceo pasivo de celas, esta técnica aforra enerxía no módulo de batería LiFePo4, aumentando así a eficiencia do sistema, e require menos tempo para equilibrar entre as celas do paquete de baterías LiFePo4, o que permite correntes de carga máis altas. Mesmo cando o paquete de baterías LiFePo4 está en repouso, mesmo as baterías LiFePo4 perfectamente emparelladas perden carga a diferentes velocidades porque a taxa de autodescarga varía dependendo do gradiente de temperatura: un aumento de 10 °C na temperatura da batería xa duplica a taxa de autodescarga. Non obstante, o balanceo activo de carga pode restaurar as celas ao equilibrio, mesmo se están en repouso. Non obstante, esta técnica ten circuítos complexos, o que aumenta o custo global do sistema. Polo tanto, o balanceo activo de celas é axeitado para aplicacións de alta potencia. Existen varias topoloxías de circuítos de balanceo activo clasificadas segundo os compoñentes de almacenamento de enerxía, como condensadores, indutores/transformadores e convertidores electrónicos. En xeral, o sistema activo de xestión de baterías reduce o custo total do paquete de baterías LiFePo4 porque non require un sobredimensionamento das celas para compensar a dispersión e o envellecemento desigual entre as baterías LiFePo4. A xestión activa das baterías tórnase fundamental cando as celas antigas se substitúen por novas e hai unha variación significativa dentro do paquete de baterías LiFePo4. Dado que os sistemas activos de xestión de baterías permiten instalar celas con grandes variacións de parámetros nos paquetes de baterías LiFePo4, o rendemento da produción aumenta mentres que os custos de garantía e mantemento diminúen. Polo tanto, os sistemas activos de xestión de baterías benefician o rendemento, a fiabilidade e a seguridade do paquete de baterías, ao tempo que axudan a reducir os custos. Resumir Para minimizar os efectos da deriva da tensión das celas, os desequilibrios deben moderarse axeitadamente. O obxectivo de calquera solución de equilibrio é permitir que o paquete de baterías LiFePo4 funcione ao nivel de rendemento previsto e ampliar a súa capacidade dispoñible. O equilibrio da batería non só é importante para mellorar o rendemento eciclo de vida das baterías, tamén engade un factor de seguridade á batería LiFePo4. Unha das tecnoloxías emerxentes para mellorar a seguridade da batería e prolongar a súa vida útil. A medida que a nova tecnoloxía de equilibrio de baterías rastrexa a cantidade de equilibrio necesaria para cada célula LiFePo4, prolonga a vida útil da batería LiFePo4 e mellora a seguridade xeral da batería.