Amikor az eszközöknek hosszú élettartamú, nagy teljesítményűre van szükségükLifePo4 akkumulátorcsomag, minden egyes sejtet ki kell egyensúlyozniuk. 
Miért van szükség a LifePo4 akkumulátorcsomag akkumulátor-kiegyensúlyozására? A LifePo4 akkumulátorok számos jellemzőnek vannak kitéve, mint például a túlfeszültség, az alulfeszültség, a túltöltési és kisütési áram, a hőmegfutás és az akkumulátorfeszültség-kiegyensúlyozatlanság. Az egyik legfontosabb tényező a cellakiegyensúlyozatlanság, amely idővel megváltoztatja a csomagban lévő egyes cellák feszültségét, ezáltal gyorsan csökkentve az akkumulátor kapacitását. Amikor a LifePo4 akkumulátorcsomagot több cella soros használatára tervezik, fontos az elektromos jellemzők megtervezése a cellafeszültségek következetes kiegyensúlyozása érdekében. Ez nemcsak az akkumulátorcsomag teljesítménye, hanem az élettartam optimalizálása érdekében is szükséges. A doktrína szükségessége az, hogy az akkumulátor kiegyensúlyozása az akkumulátor felépítése előtt és után történik, és az akkumulátor életciklusa alatt el kell végezni az optimális akkumulátorteljesítmény fenntartása érdekében! Az akkumulátor-kiegyenlítés használata lehetővé teszi számunkra, hogy nagyobb kapacitású akkumulátorokat tervezzünk az alkalmazásokhoz, mivel a kiegyenlítés lehetővé teszi az akkumulátor magasabb töltöttségi állapotának (SOC) elérését. Elképzelhető, hogy sok LifePo4 cellaegységet sorba kötünk, mintha egy szánt húznánk sok húzó kutyával. A szánt csak akkor lehet maximális hatékonysággal húzni, ha az összes húzó kutya azonos sebességgel halad. Négy húzó kutya esetén, ha az egyik húzó kutya lassan fut, akkor a másik három húzó kutyának is csökkentenie kell a sebességét, ezáltal csökkentve a hatékonyságot, és ha az egyik húzó kutya gyorsabban fut, akkor a másik három húzó kutya terhét fogja húzni, és megsérülhet. Ezért, amikor több LifePo4 cellát sorba kötünk, az összes cella feszültségértékének egyenlőnek kell lennie a hatékonyabb LifePo4 akkumulátorcsomag elérése érdekében. 
A LifePo4 akkumulátor névleges feszültsége mindössze 3,2 V körül van, de...otthoni energiatároló rendszerek, hordozható tápegységekben, ipari, telekommunikációs, elektromos járművekben és mikrohálózati alkalmazásokban a névlegesnél jóval nagyobb feszültségre van szükségünk. Az elmúlt években az újratölthető LifePo4 akkumulátorok kritikus szerepet játszottak az akkumulátorokban és az energiatároló rendszerekben könnyű súlyuk, nagy energiasűrűségük, hosszú élettartamuk, nagy kapacitásuk, gyors töltésük, alacsony önkisülési szintjük és környezetbarát jellegük miatt. A cellakiegyenlítés biztosítja, hogy az egyes LifePo4 cellák feszültsége és kapacitása azonos szinten legyen, ellenkező esetben a LiFePo4 akkumulátorcsomag hatótávolsága és élettartama jelentősen csökken, az akkumulátor teljesítménye pedig romlik! Ezért a LifePo4 cellakiegyenlítés az egyik legfontosabb tényező az akkumulátor minőségének meghatározásában. Működés közben kis feszültségkülönbség léphet fel, de a cellakiegyenlítés segítségével elfogadható tartományon belül tarthatjuk. A kiegyensúlyozás során a nagyobb kapacitású cellák teljes töltési/kisütési cikluson mennek keresztül. Cellakiegyensúlyozás nélkül a leglassabb kapacitású cella a gyenge pont. A cellakiegyensúlyozás a BMS egyik alapvető funkciója, a hőmérséklet-figyelés, a töltés és más olyan funkciók mellett, amelyek segítenek maximalizálni az akkumulátor élettartamát. Az akkumulátor kiegyensúlyozásának egyéb okai： LifePo4 akkumulátorcsomag hiányos energiafelhasználása Az akkumulátor tervezett áramerősségénél nagyobb áramfelvétel vagy az akkumulátor rövidzárlata a legvalószínűbb, hogy idő előtti akkumulátor-meghibásodáshoz vezet. Amikor egy LifePo4 akkumulátorcsomag lemerül, a gyengébb cellák gyorsabban merülnek le, mint az egészséges cellák, és gyorsabban érik el a minimális feszültséget, mint más cellák. Amikor egy cella eléri a minimális feszültséget, a teljes akkumulátorcsomag lekapcsolódik a terhelésről. Ez az akkumulátorcsomag energiafelhasználásának hiányát eredményezi. Sejtdegradáció Ha egy LifePo4 cellát akár csak kicsit is túltöltünk a javasolt értékénél, a cella hatékonysága és élettartama is csökken. Például a töltési feszültség kismértékű növelése 3,2 V-ról 3,25 V-ra 30%-kal gyorsabban lemeríti az akkumulátort. Tehát, ha a cellakiegyenlítés nem pontos, a kismértékű túltöltés is csökkenti az akkumulátor élettartamát. Akkumulátor hiányos feltöltése A LifePo4 akkumulátorokat folyamatos, 0,5 és 1,0 közötti áramerősséggel töltik. A LifePo4 akkumulátor feszültsége a töltési folyamat előrehaladtával emelkedik, majd teljesen feltöltött állapotban csökken. Képzeljünk el három cellát 85 Ah, 86 Ah és 87 Ah kapacitással, 100%-os SoC-vel, és ezután minden cella lemerül, SoC-jük pedig csökken. Hamarosan kiderül, hogy az 1. cella fogy el először, mivel a legalacsonyabb a kapacitása. Amikor a cellacsomagokat áram alá helyezik, és ugyanaz az áram folyik át a cellákon, az 1. cella ismét töltés közben visszamarad, és teljesen feltöltöttnek tekinthető, mivel a másik két cella is teljesen fel van töltve. Ez azt jelenti, hogy az 1. cella alacsonyabb coulometriai hatékonysággal (CE) rendelkezik a cella önmelegedése miatt, ami cellaegyenetlenséghez vezet. Termikus szökés A legszörnyűbb dolog, ami történhet, a hőmegfutás. Ahogyan azt megértettük...lítiumcellákNagyon érzékenyek a túltöltésre és a túlkisütésre is. Egy 4 cellás csomagban, ha az egyik cella 3,5 V, míg a másik 3,2 V, a töltés együttesen terheli az összes cellát, mivel sorba vannak kötve, és a 3,5 V-os cellát a javasoltnál magasabb feszültségre terheli, mivel a többi akkumulátort még tölteni kell. Ez hőmegfutáshoz vezet, amikor a belső hőtermelés mértéke meghaladja a hő felszabadulásának sebességét. Ez a LifePo4 akkumulátorcsomag hővezéreltté válását okozza. Mi okozza a cellakiegyensúlyozatlanságot az akkumulátorcsomagokban? Most már értjük, miért elengedhetetlen az akkumulátorcsomag összes cellájának kiegyensúlyozottsága. Ahhoz azonban, hogy megfelelően kezeljük a problémát, először is tudnunk kell, miért válnak a cellák kiegyensúlyozatlanná. Ahogy korábban említettük, amikor egy akkumulátorcsomagot sorba kötünk, biztosítjuk, hogy minden cella azonos feszültségszinten maradjon. Tehát egy új akkumulátorcsomag cellái mindig kiegyensúlyozottak lesznek. Azonban a használatbavételkor a cellák a következő tényezők miatt kibillennek az egyensúlyból. SOC eltérés Egy cella feszültségfüggőségének (SOC) mérése bonyolult, ezért nagyon igényes feladat egy akkumulátor egyes celláinak SOC-értékének meghatározása. Egy optimális cellaharmonizációs módszernek az azonos SOC-értékű cellákat kell illesztenie, nem pedig a pontosan azonos feszültségfokú (OCV) cellákat. Mivel azonban szinte lehetetlen, hogy a cellákat csak feszültség szempontjából illesztsék össze egy csomag létrehozásakor, a SOC változása idővel az OCV módosulásához vezethet. Belső ellenállási változat Rendkívül nehéz azonos belső ellenállású (IR) cellákat találni, és az akkumulátor öregedésével a cella IR értéke is változik, ezért egy akkumulátorcsomagban nem minden cellának lesz azonos IR értéke. Ahogyan azt megértettük, az IR növeli a cella belső ellenállását, amely meghatározza a cellán átfolyó áramot. Mivel az IR változik, a cellán átfolyó áram és a feszültség is eltérő lesz. Hőmérsékleti szint A cella töltési és kibocsátási képessége a körülötte lévő hőmérséklettől is függ. Egy nagyobb akkumulátorcsomagban, mint például az elektromos járművekben vagy a napelemtáblákban, a cellák egy hulladékterületen vannak elosztva, és a csomagok között hőmérséklet-különbség lehet, ami azt eredményezi, hogy az egyik cella gyorsabban töltődik vagy merül le, mint a többi, ami egyenlőtlenséget okoz. A fenti tényezőkből egyértelmű, hogy nem tudjuk megakadályozni a cellák kiegyensúlyozatlanságát a folyamat során. Tehát az egyetlen megoldás egy külső rendszer használata, amely megköveteli, hogy a cellák ismét kiegyensúlyozottak legyenek, miután kiegyensúlyozatlanná váltak. Ezt a rendszert akkumulátorkiegyensúlyozó rendszernek nevezik. 
Hogyan lehet elérni a LiFePo4 akkumulátorcsomag egyensúlyát? Akkumulátorkezelő rendszer (BMS) Általában a LiFePo4 akkumulátorcsomag önmagában nem képes az akkumulátor kiegyensúlyozására, ezt úgy lehet elérni, hogyakkumulátorkezelő rendszer(BMS). Az akkumulátorgyártó integrálja az akkumulátor-kiegyenlítő funkciót és egyéb védelmi funkciókat, például a túlfeszültség-védelmet, a SOC-jelzőt, a túlmelegedés-riasztást/védelmet stb. erre a BMS-kártyára. Li-ion akkumulátortöltő kiegyensúlyozó funkcióval A „kiegyensúlyozó akkumulátortöltőként” is ismert töltő kiegyensúlyozó funkcióval rendelkezik, amely különböző számú (pl. 1–6S) akkumulátorokat támogat. Még ha az akkumulátora nem rendelkezik BMS panellel, akkor is töltheti Li-ion akkumulátorát ezzel az akkumulátortöltővel a kiegyensúlyozás eléréséhez. Kiegyensúlyozó tábla Kiegyensúlyozott akkumulátortöltő használata esetén a töltőt és az akkumulátort is csatlakoztatni kell a kiegyensúlyozó panelhez egy adott aljzat kiválasztásával a kiegyensúlyozó panelről. Védő áramkör modul (PCM) A PCM panel egy elektronikus panel, amely a LiFePo4 akkumulátorcsomaghoz csatlakozik, és fő funkciója az akkumulátor és a felhasználó védelme a meghibásodástól. A biztonságos használat érdekében a LiFePo4 akkumulátornak nagyon szigorú feszültségparaméterek mellett kell működnie. Az akkumulátor gyártójától és kémiai összetételétől függően ez a feszültségparaméter 3,2 V/cella (kisütött akkumulátorok) és 3,65 V/cella (újratölthető akkumulátorok) között változik. A PCM panel figyeli ezeket a feszültségparamétereket, és leválasztja az akkumulátort a terhelésről vagy a töltőről, ha túllépik azokat. Egyetlen LiFePo4 akkumulátor vagy több párhuzamosan kapcsolt LiFePo4 akkumulátor esetén ez könnyen megvalósítható, mivel a PCM panel figyeli az egyes feszültségeket. Ha azonban több akkumulátort sorba kötünk, a PCM panelnek minden egyes akkumulátor feszültségét figyelnie kell. Az akkumulátor-kiegyensúlyozás típusai Különböző akkumulátor-kiegyensúlyozó algoritmusokat fejlesztettek ki a LiFePo4 akkumulátorcsomagokhoz. Ezeket passzív és aktív akkumulátor-kiegyensúlyozó módszerekre osztják az akkumulátor feszültsége és a feszültségingadozási zóna (SOC) alapján. 
Passzív akkumulátor-kiegyenlítés A passzív akkumulátor-kiegyenlítési technika ellenálláselemek segítségével elválasztja a felesleges töltést a teljesen feltöltött LiFePo4 akkumulátortól, és minden cellának hasonló töltést biztosít, mint a legalacsonyabb töltöttségű LiFePo4 akkumulátor. Ez a technika megbízhatóbb és kevesebb alkatrészt használ, így csökkenti a rendszer teljes költségét. A technológia azonban csökkenti a rendszer hatékonyságát, mivel az energia hő formájában disszipálódik, ami energiaveszteséget okoz. Ezért ez a technológia alkalmas alacsony fogyasztású alkalmazásokhoz. 
Aktív akkumulátor-kiegyensúlyozás Az aktív töltéskiegyenlítés megoldást kínál a LiFePo4 akkumulátorokkal kapcsolatos kihívásokra. Az aktív cellakiegyenlítési technika lemeríti a töltést a nagyobb energiájú LiFePo4 akkumulátorról, és átviszi azt az alacsonyabb energiájú LiFePo4 akkumulátorra. A passzív cellakiegyenlítési technológiához képest ez a technika energiát takarít meg a LiFePo4 akkumulátormodulban, ezáltal növeli a rendszer hatékonyságát, és kevesebb időt igényel a LiFePo4 akkumulátorcsomag cellái közötti kiegyenlítés, ami nagyobb töltési áramokat tesz lehetővé. Még akkor is, ha a LiFePo4 akkumulátorcsomag nyugalmi állapotban van, még a tökéletesen illeszkedő LiFePo4 akkumulátorok is eltérő ütemben veszítik el a töltésüket, mivel az önkisülés sebessége a hőmérsékleti gradienstől függően változik: az akkumulátor hőmérsékletének 10°C-os növekedése már megduplázza az önkisülés sebességét. Az aktív töltéskiegyenlítés azonban visszaállíthatja a cellák egyensúlyát, még akkor is, ha nyugalmi állapotban vannak. Ez a technika azonban összetett áramkörökkel rendelkezik, ami növeli a rendszer összköltségét. Ezért az aktív cellakiegyenlítés alkalmas nagy teljesítményű alkalmazásokhoz. Különböző aktív kiegyenlítő áramköri topológiák léteznek, amelyeket az energiatároló komponensek szerint osztályoznak, például kondenzátorok, induktorok/transzformátorok és elektronikus átalakítók. Összességében az aktív akkumulátorkezelő rendszer csökkenti a LiFePo4 akkumulátorcsomag összköltségét, mivel nem igényli a cellák túlméretezését a LiFePo4 akkumulátorok közötti diszperzió és egyenetlen öregedés kompenzálásához. Az aktív akkumulátorkezelés kritikus fontosságúvá válik, amikor a régi cellákat új cellákra cserélik, és jelentős eltérések vannak a LiFePo4 akkumulátorcsomagokon belül. Mivel az aktív akkumulátorkezelő rendszerek lehetővé teszik a nagy paraméterkülönbségű cellák beépítését a LiFePo4 akkumulátorcsomagokba, a termelési hozamok nőnek, míg a garanciális és karbantartási költségek csökkennek. Ezért az aktív akkumulátorkezelő rendszerek javítják az akkumulátorcsomag teljesítményét, megbízhatóságát és biztonságát, miközben segítenek csökkenteni a költségeket. Összefoglaló A cellafeszültség-eltolódás hatásainak minimalizálása érdekében az egyensúlyhiányokat megfelelően kell mérsékelni. Bármely kiegyensúlyozó megoldás célja, hogy a LiFePo4 akkumulátorcsomag a kívánt teljesítményen működjön, és növelje a rendelkezésre álló kapacitását. Az akkumulátor kiegyensúlyozása nemcsak a teljesítmény javítása érdekében fontos, hanemaz akkumulátorok életciklusa, emellett biztonsági tényezőt is ad a LiFePo4 akkumulátorcsomagnak. Ez az egyik feltörekvő technológia az akkumulátorbiztonság javítására és az akkumulátor-élettartam meghosszabbítására. Mivel az új akkumulátor-kiegyenlítő technológia nyomon követi az egyes LiFePo4 cellákhoz szükséges kiegyenlítés mennyiségét, meghosszabbítja a LiFePo4 akkumulátorcsomag élettartamát és javítja az akkumulátor általános biztonságát.
Közzététel ideje: 2024. május 8.