Ketika perangkat membutuhkan kinerja tinggi dan tahan lamaPaket baterai LifePo4, mereka perlu menyeimbangkan setiap sel. 
Mengapa paket baterai LifePo4 perlu penyeimbangan baterai? Baterai LifePo4 rentan terhadap banyak karakteristik seperti tegangan lebih, tegangan kurang, arus pengisian dan pengosongan berlebih, thermal runaway, dan ketidakseimbangan tegangan baterai. Salah satu faktor terpenting adalah ketidakseimbangan sel, yang mengubah tegangan setiap sel dalam kemasan dari waktu ke waktu, sehingga dengan cepat mengurangi kapasitas baterai. Ketika kemasan baterai LifePo4 dirancang untuk menggunakan beberapa sel secara seri, penting untuk merancang karakteristik listrik agar tegangan sel secara konsisten seimbang. Hal ini tidak hanya untuk kinerja kemasan baterai, tetapi juga untuk mengoptimalkan siklus hidup. Doktrin yang dibutuhkan adalah bahwa penyeimbangan baterai terjadi sebelum dan setelah baterai dibuat dan harus dilakukan sepanjang siklus hidup baterai untuk mempertahankan kinerja baterai yang optimal! Penggunaan penyeimbangan baterai memungkinkan kita untuk merancang baterai dengan kapasitas yang lebih tinggi untuk aplikasi karena penyeimbangan memungkinkan baterai untuk mencapai status pengisian daya (SOC) yang lebih tinggi. Anda dapat membayangkan menghubungkan banyak unit Sel LifePo4 secara seri seolah-olah Anda sedang menarik kereta luncur dengan banyak anjing kereta luncur. Kereta luncur hanya dapat ditarik dengan efisiensi maksimum jika semua anjing kereta luncur berlari dengan kecepatan yang sama. Dengan empat anjing kereta luncur, jika satu anjing kereta luncur berlari lambat, maka tiga anjing kereta luncur lainnya juga harus mengurangi kecepatannya, sehingga mengurangi efisiensi, dan jika satu anjing kereta luncur berlari lebih cepat, ia akan menarik beban tiga anjing kereta luncur lainnya dan melukai dirinya sendiri. Oleh karena itu, ketika beberapa sel LifePo4 dihubungkan secara seri, nilai tegangan semua sel harus sama untuk mendapatkan paket baterai LifePo4 yang lebih efisien. 
Baterai LifePo4 nominal dinilai hanya sekitar 3.2V, tetapisistem penyimpanan energi rumah, catu daya portabel, industri, telekomunikasi, kendaraan listrik, dan aplikasi jaringan mikro, kita memerlukan tegangan yang jauh lebih tinggi daripada tegangan nominal. Dalam beberapa tahun terakhir, baterai LifePo4 yang dapat diisi ulang telah memainkan peran penting dalam baterai daya dan sistem penyimpanan energi karena bobotnya yang ringan, kepadatan energi yang tinggi, masa pakai yang lama, kapasitas tinggi, pengisian cepat, tingkat pengosongan daya sendiri yang rendah, dan ramah lingkungan. Penyeimbangan sel memastikan bahwa tegangan dan kapasitas setiap sel LifePo4 berada pada level yang sama, jika tidak, jangkauan dan masa pakai paket baterai LiFePo4 akan sangat berkurang, dan kinerja baterai akan menurun! Oleh karena itu, keseimbangan sel LifePo4 merupakan salah satu faktor terpenting dalam menentukan kualitas baterai. Selama pengoperasian, sedikit celah tegangan akan terjadi, tetapi kita dapat mempertahankannya dalam rentang yang dapat diterima dengan cara menyeimbangkan sel. Selama penyeimbangan, sel berkapasitas lebih tinggi menjalani siklus pengisian/pengosongan penuh. Tanpa penyeimbangan sel, sel dengan kapasitas paling lambat merupakan titik lemah. Penyeimbangan sel merupakan salah satu fungsi inti BMS, bersama dengan pemantauan suhu, pengisian daya, dan fungsi lain yang membantu memaksimalkan masa pakai paket. Alasan lain untuk menyeimbangkan baterai: Baterai LifePo4 pcak penggunaan energi tidak lengkap Menyerap lebih banyak arus daripada yang dirancang untuk baterai atau membuat baterai korsleting kemungkinan besar akan menyebabkan kegagalan baterai prematur. Saat baterai LifePo4 sedang dikosongkan, sel yang lebih lemah akan dikosongkan lebih cepat daripada sel yang sehat, dan akan mencapai tegangan minimum lebih cepat daripada sel lainnya. Saat sel mencapai tegangan minimum, seluruh baterai juga terputus dari beban. Hal ini mengakibatkan kapasitas energi baterai yang tidak terpakai. Degradasi sel Bila sel LifePo4 diisi daya secara berlebihan, bahkan sedikit melebihi nilai yang disarankan, efektivitas dan juga proses masa pakai sel akan berkurang. Sebagai contoh, sedikit peningkatan tegangan pengisian daya dari 3,2 V ke 3,25 V akan merusak baterai lebih cepat hingga 30%. Jadi, jika penyeimbangan sel tidak akurat, pengisian daya yang berlebihan juga akan mengurangi masa pakai baterai. Pengisian Baterai Sel yang Tidak Lengkap Baterai LifePo4 diisi daya pada arus kontinu antara 0,5 dan 1,0. Tegangan baterai LifePo4 naik saat pengisian daya mencapai puncaknya saat terisi penuh, lalu turun. Bayangkan tiga sel dengan 85 Ah, 86 Ah, dan 87 Ah masing-masing dan 100 persen SoC, lalu semua sel dilepaskan dan SoC-nya menurun. Anda dapat segera mengetahui bahwa sel 1 menjadi yang pertama kehabisan daya karena memiliki kapasitas terendah. Ketika daya diberikan pada sel-sel dan arus yang sama mengalir melalui sel-sel, sekali lagi, sel 1 akan berhenti selama pengisian daya dan dapat dianggap terisi penuh karena dua sel lainnya terisi penuh. Ini berarti bahwa sel 1 memiliki Efektivitas Koulometrik (CE) yang berkurang karena pemanasan sendiri sel yang mengakibatkan ketidaksetaraan sel. Pelarian Termal Hal terburuk yang dapat terjadi adalah thermal runaway. Seperti yang kita ketahuisel litiumsangat sensitif terhadap pengisian daya berlebih maupun pengosongan daya berlebih. Dalam satu kemasan berisi 4 sel, jika satu sel 3,5 V sementara yang lain 3,2 V, pengisian daya akan mengisi daya semua sel secara bersamaan karena mereka berada dalam rangkaian dan juga akan mengisi daya sel 3,5 V ke tegangan yang lebih tinggi dari yang disarankan karena baterai lainnya masih perlu diisi daya. Hal ini menyebabkan thermal runaway ketika harga pembangkitan panas internal melampaui laju pelepasan panas. Hal ini menyebabkan kemasan baterai LifePo4 menjadi tidak terkendali secara termal. Apa yang memicu ketidakseimbangan sel pada kemasan baterai? Sekarang kita mengerti mengapa menjaga semua sel tetap seimbang dalam satu paket baterai itu penting. Namun untuk mengatasi masalah tersebut dengan tepat, kita harus tahu mengapa sel-sel menjadi tidak seimbang secara langsung. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, ketika satu paket baterai dibuat dengan menempatkan sel-sel secara seri, dipastikan bahwa semua sel tetap berada pada level tegangan yang sama. Jadi, satu paket baterai baru akan selalu memiliki sel-sel yang seimbang. Namun, saat paket tersebut mulai digunakan, sel-sel menjadi tidak seimbang karena faktor-faktor berikut. Perbedaan SOC Mengukur SOC sel itu rumit; karenanya sangat rumit untuk mengukur SOC sel-sel tertentu dalam baterai. Metode harmonisasi sel yang optimal harus mencocokkan sel-sel dengan SOC yang sama, bukan tingkat tegangan (OCV) yang sama persis. Namun karena hampir tidak mungkin sel-sel dicocokkan hanya pada tegangan saat membuat paket, varian dalam SOC dapat mengakibatkan modifikasi dalam OCV pada waktunya. Varian resistensi interior Sangat sulit untuk menemukan sel dengan resistansi internal (IR) yang sama dan seiring bertambahnya usia baterai, IR sel juga ikut berubah dan karenanya dalam satu paket baterai tidak semua sel akan memiliki IR yang sama. Seperti yang kita pahami, IR menambah resistensi internal sel yang menentukan arus yang mengalir melalui sel. Karena IR bervariasi, arus melalui sel dan juga voltasenya juga menjadi berbeda. Tingkat suhu Kemampuan pengisian dan pelepasan sel juga bergantung pada suhu di sekitarnya. Dalam paket baterai yang besar seperti pada EV atau panel surya, sel-sel didistribusikan di area yang terbuang dan mungkin ada perbedaan suhu di antara paket itu sendiri yang menyebabkan satu sel mengisi daya atau mengeluarkan daya lebih cepat daripada sel-sel lainnya yang menyebabkan ketidaksetaraan. Dari faktor-faktor di atas, jelas bahwa kita tidak dapat mencegah sel-sel menjadi tidak seimbang selama proses berlangsung. Jadi, satu-satunya solusi adalah menggunakan sistem eksternal yang mengharuskan sel-sel menjadi seimbang lagi setelah menjadi tidak seimbang. Sistem ini disebut Sistem Penyeimbang Baterai. 
Bagaimana cara mencapai keseimbangan baterai LiFePo4? Sistem Manajemen Baterai (BMS) Umumnya baterai LiFePo4 tidak dapat mencapai penyeimbangan baterai dengan sendirinya, hal ini dapat dicapai dengansistem manajemen baterai(BMS). Produsen baterai akan mengintegrasikan fungsi penyeimbangan baterai dan fungsi perlindungan lainnya seperti perlindungan tegangan berlebih, indikator SOC, alarm/perlindungan suhu berlebih, dll. pada papan BMS ini. Pengisi daya baterai Li-ion dengan fungsi penyeimbang Dikenal juga sebagai "pengisi daya baterai seimbang", pengisi daya ini mengintegrasikan fungsi keseimbangan untuk mendukung berbagai baterai dengan jumlah rangkaian yang berbeda (misalnya 1~6S). Bahkan jika baterai Anda tidak memiliki papan BMS, Anda dapat mengisi daya baterai Li-ion Anda dengan pengisi daya baterai ini untuk mencapai keseimbangan. Papan Penyeimbang Saat Anda menggunakan pengisi daya baterai yang seimbang, Anda juga harus menghubungkan pengisi daya dan baterai Anda ke papan penyeimbang dengan memilih soket tertentu dari papan penyeimbang. Modul Sirkuit Perlindungan (PCM) Papan PCM adalah papan elektronik yang terhubung ke paket baterai LiFePo4 dan fungsi utamanya adalah untuk melindungi baterai dan pengguna dari kegagalan fungsi. Untuk memastikan penggunaan yang aman, baterai LiFePo4 harus beroperasi di bawah parameter tegangan yang sangat ketat. Bergantung pada produsen dan kimia baterai, parameter tegangan ini bervariasi antara 3,2 V per sel untuk baterai yang kosong dan 3,65 V per sel untuk baterai yang dapat diisi ulang. Papan PCM memantau parameter tegangan ini dan memutuskan sambungan baterai dari beban atau pengisi daya jika terlampaui. Dalam kasus baterai LiFePo4 tunggal atau beberapa baterai LiFePo4 yang dihubungkan secara paralel, hal ini mudah dilakukan karena papan PCM memantau voltase masing-masing. Namun, ketika beberapa baterai dihubungkan secara seri, papan PCM harus memantau voltase masing-masing baterai. Jenis-jenis Penyeimbangan Baterai Berbagai algoritma penyeimbangan baterai telah dikembangkan untuk paket baterai LiFePo4. Algoritma ini dibagi menjadi metode penyeimbangan baterai pasif dan aktif berdasarkan tegangan baterai dan SOC. 
Penyeimbangan Baterai Pasif Teknik penyeimbangan baterai pasif memisahkan kelebihan muatan dari baterai LiFePo4 yang terisi penuh melalui elemen resistif dan memberikan semua sel muatan yang sama dengan muatan baterai LiFePo4 terendah. Teknik ini lebih andal dan menggunakan lebih sedikit komponen, sehingga mengurangi biaya sistem secara keseluruhan. Akan tetapi, teknologi ini mengurangi efisiensi sistem karena energi dihamburkan dalam bentuk panas yang menghasilkan kehilangan energi. Oleh karena itu, teknologi ini cocok untuk aplikasi daya rendah. 
Penyeimbangan baterai aktif Penyeimbangan muatan aktif merupakan solusi untuk tantangan yang terkait dengan baterai LiFePo4. Teknik penyeimbangan sel aktif melepaskan muatan dari baterai LiFePo4 berenergi lebih tinggi dan mentransfernya ke baterai LiFePo4 berenergi lebih rendah. Dibandingkan dengan teknologi penyeimbangan sel pasif, teknik ini menghemat energi dalam modul baterai LiFePo4, sehingga meningkatkan efisiensi sistem, dan memerlukan waktu lebih sedikit untuk menyeimbangkan antara sel-sel paket baterai LiFePo4, sehingga memungkinkan arus pengisian yang lebih tinggi. Bahkan saat paket baterai LiFePo4 dalam keadaan diam, bahkan baterai LiFePo4 yang sangat cocok pun kehilangan muatan pada tingkat yang berbeda karena tingkat pengosongan muatan sendiri bervariasi tergantung pada gradien suhu: peningkatan suhu baterai sebesar 10°C sudah menggandakan tingkat pengosongan muatan sendiri. Namun, penyeimbangan muatan aktif dapat mengembalikan sel ke keseimbangan, bahkan saat dalam keadaan diam. Namun, teknik ini memiliki sirkuit yang kompleks, yang meningkatkan biaya sistem secara keseluruhan. Oleh karena itu, penyeimbangan sel aktif cocok untuk aplikasi daya tinggi. Ada berbagai topologi rangkaian penyeimbang aktif yang diklasifikasikan menurut komponen penyimpanan energi, seperti kapasitor, induktor/transformator, dan konverter elektronik. Secara keseluruhan, sistem manajemen baterai aktif mengurangi biaya keseluruhan paket baterai LiFePo4 karena tidak memerlukan ukuran sel yang terlalu besar untuk mengimbangi penyebaran dan penuaan yang tidak merata di antara baterai LiFePo4. Manajemen baterai aktif menjadi penting ketika sel lama diganti dengan sel baru dan terdapat variasi yang signifikan dalam paket baterai LiFePo4. Karena sistem manajemen baterai aktif memungkinkan pemasangan sel dengan variasi parameter yang besar dalam paket baterai LiFePo4, hasil produksi meningkat sementara biaya garansi dan perawatan menurun. Oleh karena itu, sistem manajemen baterai aktif menguntungkan kinerja, keandalan, dan keamanan paket baterai, sekaligus membantu mengurangi biaya. Meringkaskan Untuk meminimalkan dampak pergeseran tegangan sel, ketidakseimbangan harus dimoderasi dengan baik. Tujuan dari setiap solusi penyeimbangan adalah untuk memungkinkan paket baterai LiFePo4 beroperasi pada tingkat kinerja yang diinginkan dan memperluas kapasitas yang tersedia. Penyeimbangan baterai tidak hanya penting untuk meningkatkan kinerja dansiklus hidup baterai, teknologi ini juga menambahkan faktor keamanan pada paket baterai LiFePo4. Salah satu teknologi yang sedang berkembang untuk meningkatkan keamanan baterai dan memperpanjang masa pakai baterai. Karena teknologi penyeimbangan baterai baru melacak jumlah penyeimbangan yang diperlukan untuk sel LiFePo4 individual, teknologi ini memperpanjang masa pakai paket baterai LiFePo4 dan meningkatkan keamanan baterai secara keseluruhan.
Waktu posting: 08-Mei-2024