Kada uređajima treba dugotrajno, visokoučinkovitoLifePo4 baterijski paket, moraju uravnotežiti svaku ćeliju. 
Zašto je potrebno balansiranje baterije za LifePo4 baterijski paket? LifePo4 baterije podložne su mnogim karakteristikama kao što su prenapon, podnapon, struja prekomjernog punjenja i pražnjenja, termalni bijeg i neravnoteža napona baterije. Jedan od najvažnijih čimbenika je neravnoteža ćelija, koja s vremenom mijenja napon svake ćelije u paketu, čime se brzo smanjuje kapacitet baterije. Kada je LifePo4 baterijski paket dizajniran za korištenje više ćelija u seriji, važno je dizajnirati električne karakteristike kako bi se dosljedno uravnotežili naponi ćelija. To nije samo zbog performansi baterijskog paketa, već i zbog optimizacije životnog ciklusa. Potreba za doktrinom je da se balansiranje baterije događa prije i nakon što je baterija izgrađena i mora se provoditi tijekom cijelog životnog ciklusa baterije kako bi se održale optimalne performanse baterije! Korištenje balansiranja baterija omogućuje nam dizajniranje baterija većeg kapaciteta za različite primjene jer balansiranje omogućuje bateriji postizanje višeg stanja napunjenosti (SOC). Možete zamisliti spajanje više LifePo4 ćelija u seriju kao da vučete saonice s mnogo vučnih kočija. Saonice se mogu vući s maksimalnom učinkovitošću samo ako sve vučne kočije rade istom brzinom. S četiri vučne kočije, ako jedna vučna kočija radi sporo, tada i ostale tri moraju smanjiti svoju brzinu, čime se smanjuje učinkovitost, a ako jedna vučna kočija radi brže, na kraju će povući teret ostale tri vučne kočije i ozlijediti se. Stoga, kada je više LifePo4 ćelija spojeno u seriju, vrijednosti napona svih ćelija trebaju biti jednake kako bi se dobio učinkovitiji LifePo4 baterijski paket. 
Nominalni napon LifePo4 baterije je samo oko 3,2 V, ali ukućni sustavi za pohranu energije, prijenosni izvori napajanja, industrijske, telekomunikacijske, električne automobilske i mikromrežne primjene, potreban nam je puno veći napon od nominalnog. Posljednjih godina, punjive LifePo4 baterije odigrale su ključnu ulogu u baterijama i sustavima za pohranu energije zbog svoje male težine, visoke gustoće energije, dugog vijeka trajanja, velikog kapaciteta, brzog punjenja, niske razine samopražnjenja i ekološke prihvatljivosti. Balansiranje ćelija osigurava da su napon i kapacitet svake LifePo4 ćelije na istoj razini, inače će se domet i vijek trajanja LiFePo4 baterijskog paketa znatno smanjiti, a performanse baterije će se degradirati! Stoga je balansiranje LifePo4 ćelija jedan od najvažnijih čimbenika u određivanju kvalitete baterije. Tijekom rada doći će do malog jaza u naponu, ali ga možemo održati unutar prihvatljivog raspona pomoću balansiranja ćelija. Tijekom balansiranja, ćelije većeg kapaciteta prolaze kroz puni ciklus punjenja/pražnjenja. Bez balansiranja ćelija, ćelija s najsporijim kapacitetom je slaba točka. Balansiranje ćelija jedna je od ključnih funkcija BMS-a, uz praćenje temperature, punjenje i druge funkcije koje pomažu u maksimiziranju vijeka trajanja baterije. Drugi razlozi za balansiranje baterije: Nepotpuna potrošnja energije baterije LifePo4 Apsorpcija veće struje nego što je baterija predviđena ili kratki spoj baterije najvjerojatnije će uzrokovati prerano kvarenje baterije. Kada se LifePo4 baterijski paket prazni, slabije ćelije će se prazniti brže od zdravih ćelija i brže će dosegnuti minimalni napon od ostalih ćelija. Kada ćelija dosegne minimalni napon, cijeli baterijski paket se također odvaja od opterećenja. To rezultira neiskorištenim kapacitetom energije baterijskog paketa. Degradacija stanica Kada se LifePo4 ćelija prepuni čak i malo iznad preporučene vrijednosti, učinkovitost i vijek trajanja ćelije se smanjuju. Na primjer, malo povećanje napona punjenja s 3,2 V na 3,25 V brže će isprazniti bateriju za 30%. Dakle, ako balansiranje ćelija nije točno, i malo prepunjavanje će smanjiti vijek trajanja baterije. Nepotpuno punjenje baterijskog paketa LifePo4 baterije se pune kontinuiranom strujom između 0,5 i 1,0 V. Napon LifePo4 baterije raste kako punjenje napreduje i dostiže vrhunac kada se potpuno napuni, a zatim pada. Zamislite tri ćelije s 85 Ah, 86 Ah i 87 Ah i 100% SoC-om, a sve ćelije se zatim prazne i njihov SoC se smanjuje. Brzo ćete primijetiti da ćelija 1 prva ostaje bez energije jer ima najniži kapacitet. Kada se na ćelijske pakete priključi napajanje i isti strujni tok teče kroz ćelije, ćelija 1 se ponovno zadržava tijekom punjenja i može se smatrati potpuno napunjenom jer su druge dvije ćelije potpuno napunjene. To znači da ćelija 1 ima smanjenu kulometrijsku učinkovitost (CE) zbog samozagrijavanja ćelije što rezultira nejednakošću ćelija. Termalni bijeg Najstrašnija stvar koja se može dogoditi je termalni bijeg. Kao što razumijemolitijeve ćelijeVrlo su osjetljive na prekomjerno punjenje, kao i na prekomjerno pražnjenje. U paketu od 4 ćelije, ako je jedna ćelija 3,5 V, dok su ostale 3,2 V, punjenje će sigurno napuniti sve ćelije zajedno jer su u seriji, a ćeliju od 3,5 V ćeliju će napuniti napon veći od preporučenog jer ostale baterije još uvijek treba puniti. To dovodi do toplinskog bijega kada brzina unutarnjeg stvaranja topline premaši brzinu kojom se toplina može osloboditi. Zbog toga LifePo4 baterija postaje toplinski nekontrolirana. Što uzrokuje neravnotežu ćelija u baterijskim paketima? Sada razumijemo zašto je održavanje ravnoteže svih ćelija u baterijskom paketu ključno. No, kako bismo ispravno riješili problem, moramo iz prve ruke znati zašto ćelije postaju neuravnotežene. Kao što je ranije rečeno, kada se baterijski paket stvara serijskim spajanjem ćelija, osigurava se da sve ćelije ostanu na istim naponskim razinama. Dakle, novi baterijski paket uvijek će imati uravnotežene ćelije. Međutim, kako se paket stavlja u upotrebu, ćelije se raspadaju zbog sljedećih čimbenika. Neslaganje SOC-a Mjerenje napunjenosti ćelije je komplicirano; stoga je vrlo složeno izmjeriti napunjenost određenih ćelija u bateriji. Optimalna metoda usklađivanja ćelija trebala bi odgovarati ćelijama istog napunjenosti umjesto potpuno istog stupnja napona (OCV). No, budući da je gotovo nemoguće da se ćelije usklađuju samo po naponskim uvjetima prilikom izrade paketa, varijacija u napunjenosti može s vremenom rezultirati promjenom OCV-a. Varijanta unutarnjeg otpora Iznimno je teško pronaći ćelije istog unutarnjeg otpora (IR), a kako baterija stari, IR ćelije se dodatno mijenja, pa stoga u baterijskom paketu neće sve ćelije imati isti IR. Kao što znamo, IR doprinosi unutarnjoj neosjetljivosti ćelije koja određuje struju koja teče kroz ćeliju. Budući da se IR mijenja, struja kroz ćeliju i njezin napon također se mijenjaju. Razina temperature Sposobnost punjenja i pražnjenja ćelije također ovisi o temperaturi oko nje. U značajnom baterijskom paketu poput električnih vozila ili solarnih panela, ćelije su raspoređene po području otpada i može postojati temperaturna razlika među samim paketom, što uzrokuje da se jedna ćelija puni ili prazni brže od ostalih ćelija, uzrokujući nejednakost. Iz gore navedenih čimbenika jasno je da ne možemo spriječiti neuravnoteženost ćelija tijekom postupka. Dakle, jedino rješenje je korištenje vanjskog sustava koji zahtijeva da se ćelije ponovno uravnoteže nakon što postanu neuravnotežene. Taj se sustav naziva Sustav za balansiranje baterija. 
Kako postići ravnotežu LiFePo4 baterijskog paketa? Sustav upravljanja baterijama (BMS) Općenito, LiFePo4 baterijski paket ne može sam postići balansiranje baterije, to se može postićisustav upravljanja baterijama(BMS). Proizvođač baterija će integrirati funkciju balansiranja baterije i druge zaštitne funkcije kao što su zaštita od prenapona punjenja, indikator napunjenosti (SOC), alarm/zaštita od previsoke temperature itd. na ovoj BMS ploči. Punjač za litij-ionske baterije s funkcijom balansiranja Također poznat kao "punjač za balansiranje baterija", punjač integrira funkciju balansiranja kako bi podržao različite baterije s različitim brojem nizova (npr. 1~6S). Čak i ako vaša baterija nema BMS ploču, možete puniti svoju Li-ionsku bateriju ovim punjačem baterija kako biste postigli balansiranje. Balansirajući odbor Kada koristite balansirani punjač baterija, punjač i bateriju morate spojiti i na ploču za balansiranje odabirom određene utičnice s ploče za balansiranje. Modul zaštitnog kruga (PCM) PCM ploča je elektronička ploča koja je spojena na LiFePo4 baterijski paket i njezina glavna funkcija je zaštititi bateriju i korisnika od kvara. Kako bi se osigurala sigurna upotreba, LiFePo4 baterija mora raditi pod vrlo strogim parametrima napona. Ovisno o proizvođaču baterije i kemijskom sastavu, ovaj parametar napona varira između 3,2 V po ćeliji za ispražnjene baterije i 3,65 V po ćeliji za punjive baterije. PCM ploča prati ove parametre napona i isključuje bateriju s opterećenja ili punjača ako su prekoračeni. U slučaju jedne LiFePo4 baterije ili više LiFePo4 baterija spojenih paralelno, to se lako postiže jer PCM ploča prati pojedinačne napone. Međutim, kada je više baterija spojeno serijski, PCM ploča mora pratiti napon svake baterije. Vrste balansiranja baterija Za LiFePo4 baterijski paket razvijeni su različiti algoritmi za balansiranje baterija. Podijeljeni su na pasivne i aktivne metode balansiranja baterija na temelju napona baterije i stanja napunjenosti (SOC). 
Pasivno balansiranje baterije Tehnika pasivnog balansiranja baterije odvaja višak naboja iz potpuno napunjene LiFePo4 baterije putem otpornih elemenata i daje svim ćelijama sličan naboj kao i kod najnižeg naboja LiFePo4 baterije. Ova tehnika je pouzdanija i koristi manje komponenti, čime se smanjuje ukupni trošak sustava. Međutim, tehnologija smanjuje učinkovitost sustava jer se energija rasipa u obliku topline koja generira gubitak energije. Stoga je ova tehnologija prikladna za primjene s malom potrošnjom energije. 
Aktivno balansiranje baterije Aktivno balansiranje naboja rješenje je za izazove povezane s LiFePo4 baterijama. Tehnika aktivnog balansiranja ćelija prazni naboj iz LiFePo4 baterije više energije i prenosi ga na LiFePo4 bateriju niže energije. U usporedbi s tehnologijom pasivnog balansiranja ćelija, ova tehnika štedi energiju u LiFePo4 baterijskom modulu, čime se povećava učinkovitost sustava i zahtijeva manje vremena za balansiranje između ćelija LiFePo4 baterijskog paketa, omogućujući veće struje punjenja. Čak i kada je LiFePo4 baterijski paket u mirovanju, čak i savršeno usklađene LiFePo4 baterije gube naboj različitim brzinama jer se brzina samopražnjenja razlikuje ovisno o temperaturnom gradijentu: povećanje temperature baterije od 10°C već udvostručuje brzinu samopražnjenja. Međutim, aktivno balansiranje naboja može vratiti ćelije u ravnotežu, čak i ako su u mirovanju. Međutim, ova tehnika ima složene sklopove, što povećava ukupne troškove sustava. Stoga je aktivno balansiranje ćelija prikladno za primjene velike snage. Postoje različite topologije aktivnih balansirajućih krugova klasificirane prema komponentama za pohranu energije, kao što su kondenzatori, induktori/transformatori i elektronički pretvarači. Sveukupno, aktivni sustav upravljanja baterijama smanjuje ukupne troškove LiFePo4 baterijskog paketa jer ne zahtijeva prevelike dimenzije ćelija kako bi se kompenzirala disperzija i neravnomjerno starenje među LiFePo4 baterijama. Aktivno upravljanje baterijama postaje ključno kada se stare ćelije zamjenjuju novim ćelijama i postoje značajne varijacije unutar LiFePo4 baterijskog paketa. Budući da aktivni sustavi upravljanja baterijama omogućuju ugradnju ćelija s velikim varijacijama parametara u LiFePo4 baterijske pakete, prinosi proizvodnje se povećavaju, a troškovi jamstva i održavanja se smanjuju. Stoga aktivni sustavi upravljanja baterijama koriste performansama, pouzdanosti i sigurnosti baterijskog paketa, a istovremeno pomažu u smanjenju troškova. Rezimirati Kako bi se smanjili učinci pomicanja napona ćelija, neravnoteže moraju biti pravilno moderirane. Cilj svakog rješenja za balansiranje je omogućiti LiFePo4 baterijskom paketu da radi na svojoj predviđenoj razini performansi i proširiti njegov raspoloživi kapacitet. Balansiranje baterije nije važno samo za poboljšanje performansi iživotni ciklus baterija, također dodaje faktor sigurnosti LiFePo4 baterijskom paketu. Jedna je od novih tehnologija za poboljšanje sigurnosti baterija i produljenje vijeka trajanja baterije. Budući da nova tehnologija balansiranja baterija prati količinu balansiranja potrebnu za pojedinačne LiFePo4 ćelije, produljuje vijek trajanja LiFePo4 baterijskog paketa i poboljšava ukupnu sigurnost baterije.
Vrijeme objave: 08.05.2024.