Þegar tæki þurfa langvarandi og afkastamikilLifePo4 rafhlöðupakki, þau þurfa að halda jafnvægi í hverri frumu. 
Af hverju þarf að jafna rafhlöðuna fyrir LifePo4 rafhlöðupakkann? LifePo4 rafhlöður eru háðar mörgum einkennum eins og ofspennu, undirspennu, ofhleðslu- og úthleðslustraumi, hitaupphlaupi og spennuójafnvægi í rafhlöðunni. Einn mikilvægasti þátturinn er ójafnvægi í frumu, sem breytir spennu hverrar frumu í pakkanum með tímanum og dregur þannig hratt úr afkastagetu rafhlöðunnar. Þegar LifePo4 rafhlöðupakkinn er hannaður til að nota margar frumueiningar í röð er mikilvægt að hanna rafmagnseiginleikana til að jafna spennu frumueininganna stöðugt. Þetta er ekki aðeins fyrir afköst rafhlöðupakkans, heldur einnig til að hámarka líftíma hennar. Þörfin fyrir kenningu er sú að jafnvægi á sér stað fyrir og eftir að rafhlaðan er smíðuð og verður að gera það allan líftíma rafhlöðunnar til að viðhalda bestu afköstum rafhlöðunnar! Notkun jafnvægisstýringar á rafhlöðum gerir okkur kleift að hanna rafhlöður með meiri afkastagetu fyrir mismunandi notkunarsvið, því jafnvægi gerir rafhlöðunni kleift að ná hærra hleðsluástandi (SOC). Þú getur ímyndað þér að tengja margar LifePo4 rafhlöðueiningar í röð eins og þú værir að draga sleða með mörgum sleðahundum. Sleðinn er aðeins hægt að draga með hámarksnýtni ef allir sleðahundarnir eru á sama hraða. Með fjórum sleðahundum, ef einn sleðahundur keyrir hægt, þá verða hinir þrír einnig að draga úr hraða sínum, sem dregur úr nýtni, og ef einn sleðahundur keyrir hraðar mun hann enda á því að draga álag hinna þriggja sleðahundanna og meiða sig. Þess vegna, þegar margar LifePo4 rafhlöður eru tengdar í röð, ættu spennugildi allra frumna að vera jöfn til að fá skilvirkari LifePo4 rafhlöðupakka. 
Nafngildi LifePo4 rafhlaða er aðeins um 3,2V, en íorkugeymslukerfi fyrir heimili, flytjanlegar aflgjafar, iðnaðar-, fjarskipta-, rafmagnsökutækja- og örnetsforrit, þurfum við miklu hærri spennu en nafnspennu. Á undanförnum árum hafa endurhlaðanlegar LifePo4 rafhlöður gegnt mikilvægu hlutverki í rafmagnsrafhlöðum og orkugeymslukerfum vegna léttleika þeirra, mikils orkuþéttleika, langrar endingar, mikillar afkastagetu, hraðhleðslu, lágrar sjálfsafhleðslu og umhverfisvænni. Jöfnun á rafhlöðum tryggir að spenna og afkastageta hverrar LifePo4 rafhlöðu séu á sama stigi, annars mun drægni og líftími LiFePo4 rafhlöðupakka minnka verulega og afköst rafhlöðunnar versna! Þess vegna er jafnvægi LifePo4 rafhlöðunnar einn mikilvægasti þátturinn í að ákvarða gæði rafhlöðunnar. Við notkun mun myndast lítið spennumunur, en við getum haldið því innan ásættanlegra marka með jafnvægi á rafhlöðum. Við jafnvægisstillingu gangast rafhlöður með meiri afkastagetu undir fulla hleðslu-/afhleðsluferil. Án jafnvægisstillingar eru rafhlöður með hægasta afkastagetu veikleiki. Jöfnun rafhlöðu er ein af kjarnahlutverkum BMS, ásamt hitaeftirliti, hleðslu og öðrum aðgerðum sem hjálpa til við að hámarka endingu rafhlöðunnar. Aðrar ástæður fyrir jafnvægi rafhlöðunnar: LifePo4 rafhlöðupakki ófullkomin orkunotkun Að taka upp meiri straum en rafhlaðan er hönnuð fyrir eða skammhlaup í rafhlöðunni er líklegast til að valda ótímabærri bilun rafhlöðunnar. Þegar LifePo4 rafhlöðupakki tæmist, tæmast veikari frumur hraðar en heilbrigðar frumur og þær ná lágmarksspennu hraðar en aðrar frumur. Þegar rafhlaða nær lágmarksspennu er öll rafhlaðan einnig aftengd frá álaginu. Þetta leiðir til ónotaðrar orkugetu rafhlöðupakkans. Niðurbrot frumna Þegar LifePo4 rafhlaða er ofhlaðin, jafnvel örlítið umfram ráðlagðan hleðslutíma, minnkar virkni og líftími rafhlöðunnar. Sem dæmi má nefna að lítilsháttar aukning á hleðsluspennu úr 3,2V í 3,25V mun brjóta rafhlöðuna hraðar niður um 30%. Þannig að ef jafnvægi rafhlöðunnar er ekki rétt mun lítilsháttar ofhleðsla einnig stytta líftíma rafhlöðunnar. Ófullkomin hleðsla á rafhlöðupakka LifePo4 rafhlöður eru rukkaðar með samfelldum straumi á bilinu 0,5 til 1,0. Spenna LifePo4 rafhlöðunnar hækkar eftir því sem hleðslan heldur áfram og nær hámarki þegar hún er fullhlaðin og lækkar síðan. Hugsaðu þér þrjár rafhlöður með 85 Ah, 86 Ah og 87 Ah, hver um sig, og 100% SoC, og allar rafhlöður eru síðan tæmdar og SoC þeirra lækkar. Þú munt fljótt sjá að rafhlaða 1 klárast fyrst þar sem hún hefur lægstu afkastagetuna. Þegar rafmagn er sett á rafhlöðupakkana og sama straumurinn flæðir um þær, þá hangir rafhlöðu 1 aftur á meðan á hleðslu stendur og má telja hana fullhlaðna þar sem hinar tvær rafhlöðurnar eru fullhlaðnar. Þetta þýðir að rafhlöður 1 hafa lægri kúlómetríska afköst (CE) vegna sjálfhitunar rafhlöðunnar sem leiðir til ójöfnuðar í rafhlöðunum. Hitaupphlaup Það hræðilegasta sem getur gerst er hitaupphlaup. Eins og við skiljum.litíum rafhlöðureru mjög viðkvæmar fyrir ofhleðslu og ofhleðslu. Í pakka með 4 rafhlöðum, ef ein rafhlaða er 3,5 V en hinar eru 3,2 V, mun hleðslan hlaða allar rafhlöðurnar saman þar sem þær eru í röð og hún mun hlaða 3,5 V rafhlöðuna með hærri spennu en ráðlögð er þar sem hinar rafhlöðurnar þurfa enn að hlaðast. Þetta leiðir til hitaupphlaups þegar hraði innri hitamyndunar fer yfir hraðann sem hitinn losnar. Þetta veldur því að LifePo4 rafhlöðupakkinn verður hitastýrður. Hvað veldur ójafnvægi í rafhlöðum? Nú skiljum við hvers vegna það er nauðsynlegt að halda öllum frumum í rafhlöðupakka í jafnvægi. En til að takast á við vandamálið á réttan hátt þurfum við að vita af eigin raun hvers vegna frumurnar verða ójafnvægar. Eins og áður hefur komið fram, þegar rafhlöðupakka er búin til með því að setja frumurnar í röð, er tryggt að allar frumurnar haldist á sömu spennu. Þannig mun ný rafhlöðupakka alltaf hafa jafnvægisfrumur. En þegar pakkinn er tekinn í notkun verða frumurnar ójafnvægar vegna eftirfarandi þátta. Misræmi í SOC Það er flókið að mæla SOC rafhlöðu; þess vegna er mjög flókið að mæla SOC tiltekinna frumna í rafhlöðu. Besta aðferð til að samræma rafhlöður ætti að para saman frumur með sama SOC í stað þess að nota nákvæmlega sömu spennustig (OCV). En þar sem það er nánast ómögulegt að para frumur aðeins saman hvað varðar spennu þegar pakka er búinn til, getur breytingin á SOC leitt til breytinga á OCV með tímanum. Innri viðnámsafbrigði Það er afar erfitt að finna rafhlöður með sama innri viðnámi (IR) og með aldri rafhlöðunnar breytist innri viðnámið í rafhlöðunni einnig og því munu ekki allar rafhlöður í rafhlöðupakkningu hafa sama innri viðnám. Eins og við skiljum bætir innri viðnámið við innri viðnám rafhlöðunnar sem ákvarðar strauminn sem streymir í gegnum rafhlöðuna. Þar sem innri viðnámið er breytilegt breytist straumurinn í gegnum rafhlöðuna og spennan í henni einnig. Hitastig Hleðslu- og losunargeta rafhlöðunnar fer einnig eftir hitastigi í kringum hana. Í stórum rafhlöðupakka eins og í rafbílum eða sólarorkuverum eru rafhlöðurnar dreifðar yfir ónýtt svæði og það getur verið hitastigsmunur á milli rafhlöðunnar sjálfrar sem veldur því að ein rafhlaða hleðst eða tæmist hraðar en hinar rafhlöðurnar sem veldur ójöfnu. Af ofangreindum þáttum er ljóst að við getum ekki komið í veg fyrir að frumur komist í ójafnvægi í ferlinu. Þess vegna er eina lausnin að nota ytra kerfi sem krefst þess að frumurnar komist í jafnvægi aftur eftir að þær komast í ójafnvægi. Þetta kerfi kallast rafhlöðujöfnunarkerfi. 
Hvernig á að ná jafnvægi í LiFePo4 rafhlöðupakka? Rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS) Almennt séð getur LiFePo4 rafhlöðupakkinn ekki náð jafnvægi á rafhlöðunni sjálfum, það er hægt að gera með því aðrafhlöðustjórnunarkerfi(BMS). Rafhlöðuframleiðandinn mun samþætta jafnvægisaðgerð rafhlöðunnar og aðrar verndaraðgerðir eins og yfirspennuvörn, SOC-vísi, viðvörun/vörn gegn ofhita o.s.frv. á þessu BMS-korti. Hleðslutæki fyrir litíum-jón rafhlöður með jafnvægisaðgerð Hleðslutækið, einnig þekkt sem „jafnvægishleðslutæki“, hefur innbyggða jafnvægisaðgerð til að styðja mismunandi rafhlöður með mismunandi strengjafjölda (t.d. 1~6S). Jafnvel þótt rafhlaðan þín hafi ekki BMS-kort geturðu hlaðið litíum-jón rafhlöðuna þína með þessu hleðslutæki til að ná jafnvægi. Jafnvægisbretti Þegar þú notar jafnvægishleðslutæki fyrir rafhlöður verður þú einnig að tengja hleðslutækið og rafhlöðuna við jafnvægistöfluna með því að velja tiltekna tengil af jafnvægistöflunni. Verndarrásareining (PCM) PCM-kortið er rafeindakort sem er tengt LiFePo4 rafhlöðupakkanum og aðalhlutverk þess er að vernda rafhlöðuna og notandann gegn bilunum. Til að tryggja örugga notkun verður LiFePo4 rafhlaðan að starfa við mjög strangar spennubreytur. Þessi spennubreyta er á bilinu 3,2 V á hverja frumu fyrir tæmdar rafhlöður og 3,65 V á hverja frumu fyrir endurhlaðanlegar rafhlöður, allt eftir framleiðanda rafhlöðunnar og efnasamsetningu. PCM-kortið fylgist með þessum spennubreytum og aftengir rafhlöðuna frá hleðslutækinu eða hleðslutækinu ef farið er yfir þær. Ef um eina LiFePo4 rafhlöðu eða margar LiFePo4 rafhlöður er að ræða sem eru tengdar samsíða er þetta auðvelt að gera þar sem PCM-borðið fylgist með einstökum spennum. Hins vegar, þegar margar rafhlöður eru tengdar í röð, verður PCM-borðið að fylgjast með spennu hverrar rafhlöðu. Tegundir rafhlöðujöfnunar Ýmsar reiknirit fyrir rafhlöðujöfnun hafa verið þróaðar fyrir LiFePo4 rafhlöðupakka. Þær eru skipt í óvirkar og virkar rafhlöðujöfnunaraðferðir byggðar á rafhlöðuspennu og SOC. 
Óvirk rafhlöðujöfnun Tækni til að jafna rafhlöður með óvirkri jafnvægisaðferð aðskilur umframhleðslu úr fullhlaðinni LiFePo4 rafhlöðu með viðnámsþáttum og gefur öllum frumum svipaða hleðslu og lægsta hleðsla LiFePo4 rafhlöðunnar. Þessi tækni er áreiðanlegri og notar færri íhluti, sem dregur úr heildarkostnaði kerfisins. Hins vegar dregur tæknin úr skilvirkni kerfisins þar sem orka dreifist í formi varma sem veldur orkutapi. Þess vegna hentar þessi tækni fyrir lágorkuforrit. 
Virk rafhlöðujöfnun Virk hleðslujöfnun er lausn á þeim áskorunum sem fylgja LiFePo4 rafhlöðum. Virk frumujöfnunartækni tæmir hleðsluna úr LiFePo4 rafhlöðunni með meiri orku og flytur hana yfir í LiFePo4 rafhlöðuna með minni orku. Í samanburði við óvirka frumujöfnunartækni sparar þessi tækni orku í LiFePo4 rafhlöðueiningunni, sem eykur skilvirkni kerfisins og tekur styttri tíma að jafna á milli LiFePo4 rafhlöðufrumna, sem gerir kleift að fá hærri hleðslustraum. Jafnvel þegar LiFePo4 rafhlöðupakkinn er í kyrrstöðu missa jafnvel fullkomlega samstilltar LiFePo4 rafhlöður hleðslu á mismunandi hraða vegna þess að sjálfsafhleðsluhraðinn er breytilegur eftir hitastigshalla: 10°C hækkun á hitastigi rafhlöðunnar tvöfaldar þegar sjálfsafhleðsluhraðann. Hins vegar getur virk hleðslujöfnun komið frumum aftur í jafnvægi, jafnvel þótt þær séu í kyrrstöðu. Hins vegar hefur þessi tækni flókna rafrásir, sem eykur heildarkostnað kerfisins. Þess vegna hentar virk frumujöfnun fyrir notkun með mikla orku. Það eru ýmsar virk jafnvægisrásarkerfi flokkaðar eftir orkugeymsluíhlutum, svo sem þéttar, spólur/spennubreytar og rafeindabreytar. Í heildina dregur virkt rafhlöðustjórnunarkerfi úr heildarkostnaði LiFePo4 rafhlöðupakka þar sem það krefst ekki of stórrar stærðar á frumunum til að bæta upp fyrir dreifingu og ójafna öldrun meðal LiFePo4 rafhlöðunna. Virk rafhlöðustjórnun verður mikilvæg þegar gömlum frumum er skipt út fyrir nýjar frumur og verulegur breytileiki er innan LiFePo4 rafhlöðupakka. Þar sem virk rafhlöðustjórnunarkerfi gera það mögulegt að setja upp frumur með miklum breytum í LiFePo4 rafhlöðupakka, eykst framleiðslugeta á meðan ábyrgðar- og viðhaldskostnaður lækkar. Þess vegna bæta virk rafhlöðustjórnunarkerfi afköst, áreiðanleika og öryggi rafhlöðupakka, en hjálpa til við að lækka kostnað. Samantekt Til að lágmarka áhrif spennubreytinga í rafhlöðum verður að stýra ójafnvægi á viðeigandi hátt. Markmið allra jafnvægislausna er að leyfa LiFePo4 rafhlöðupakkanum að starfa á tilætluðum afköstum og auka tiltæka afkastagetu sína. Rafhlöðujöfnun er ekki aðeins mikilvæg til að bæta afköst oglíftíma rafhlöðu, það bætir einnig öryggisþætti við LiFePo4 rafhlöðupakka. Ein af nýjustu tækni til að bæta öryggi rafhlöðu og lengja líftíma rafhlöðunnar. Þar sem nýja jafnvægistækni rafhlöðunnar fylgist með því hversu mikið jafnvægi þarf fyrir einstakar LiFePo4 frumur, lengir hún líftíma LiFePo4 rafhlöðupakka og eykur almennt öryggi rafhlöðunnar.
Birtingartími: 8. maí 2024