Kaip elementų balansavimas prailgina „LifePo4“ akumuliatoriaus tarnavimo laiką?

Kai įrenginiams reikia ilgalaikio, didelio našumoLifePo4 akumuliatorių blokas, jie turi subalansuoti kiekvieną ląstelę. Kodėl „LifePo4“ akumuliatorių blokui reikia balansavimo? „LifePo4“ akumuliatoriams būdingos įvairios savybės, tokios kaip viršįtampis, per maža įtampa, per didelė įkrovimo ir iškrovimo srovė, terminis išsiveržimas ir akumuliatoriaus įtampos disbalansas. Vienas iš svarbiausių veiksnių yra elementų disbalansas, kuris laikui bėgant keičia kiekvieno bloko elemento įtampą, todėl greitai sumažėja akumuliatoriaus talpa. Kai „LifePo4“ akumuliatorių blokas suprojektuotas naudoti kelis elementus nuosekliai, svarbu suprojektuoti elektrines charakteristikas taip, kad elementų įtampa būtų nuosekliai subalansuota. Tai svarbu ne tik akumuliatoriaus veikimui, bet ir gyvavimo ciklo optimizavimui. Doktrinos poreikis yra tas, kad akumuliatoriaus balansavimas atliekamas prieš ir po akumuliatoriaus surinkimo, ir tai turi būti atliekama per visą akumuliatoriaus gyvavimo ciklą, siekiant išlaikyti optimalų akumuliatoriaus veikimą! Baterijų balansavimo naudojimas leidžia mums suprojektuoti didesnės talpos baterijas, nes balansavimas leidžia baterijai pasiekti aukštesnę įkrovos būseną (SOC). Galite įsivaizduoti, kad daug „LifePo4“ elementų sujungiate nuosekliai, tarsi trauktumėte roges su daugybe rogių šunų. Roges galima traukti maksimaliai efektyviai tik tada, kai visos rogės važiuoja tuo pačiu greičiu. Esant keturioms rogėms, jei viena važiuoja lėtai, tai kitos trys rogės taip pat turi sumažinti savo greitį, taip sumažindamos efektyvumą, o jei viena rogė važiuoja greičiau, ji temps kitų trijų rogių šunų svorį ir susižeis. Todėl, kai nuosekliai sujungiami keli „LifePo4“ elementai, visų elementų įtampos vertės turi būti vienodos, kad būtų gautas efektyvesnis „LifePo4“ akumuliatorių blokas. Nominali „LifePo4“ akumuliatoriaus įtampa yra tik apie 3,2 V, tačiaunamų energijos kaupimo sistemos, nešiojamuosiuose maitinimo šaltiniuose, pramonės, telekomunikacijų, elektromobilių ir mikro tinklų taikymuose mums reikia daug didesnės nei nominali įtampa. Pastaraisiais metais įkraunamos „LifePo4“ baterijos atliko itin svarbų vaidmenį maitinimo baterijose ir energijos kaupimo sistemose dėl savo mažo svorio, didelio energijos tankio, ilgo tarnavimo laiko, didelės talpos, greito įkrovimo, mažo savaiminio išsikrovimo lygio ir ekologiškumo. Elementų balansavimas užtikrina, kad kiekvieno „LifePo4“ elemento įtampa ir talpa būtų vienodo lygio, kitaip „LiFePo4“ akumuliatorių bloko veikimo nuotolis ir tarnavimo laikas labai sumažės, o akumuliatoriaus veikimas pablogės! Todėl „LifePo4“ elementų balansavimas yra vienas iš svarbiausių veiksnių, lemiančių akumuliatoriaus kokybę. Veikimo metu atsiras nedidelis įtampos skirtumas, tačiau jį galime išlaikyti priimtiname diapazone naudodami elementų balansavimą. Balansavimo metu didesnės talpos elementai patiria pilną įkrovimo / iškrovimo ciklą. Be elementų balansavimo, lėčiausios talpos elementas yra silpnoji vieta. Elementų balansavimas yra viena iš pagrindinių BMS funkcijų, kartu su temperatūros stebėjimu, įkrovimu ir kitomis funkcijomis, kurios padeda pailginti akumuliatoriaus tarnavimo laiką. Kitos akumuliatoriaus balansavimo priežastys: LifePo4 akumuliatoriaus įkrovimas nepilnai sunaudoja energiją Didesnis srovės sunaudojimas nei akumuliatorius yra skirtas arba akumuliatoriaus trumpasis jungimas greičiausiai sukels priešlaikinį akumuliatoriaus gedimą. Kai „LifePo4“ akumuliatorių blokas išsikrauna, silpnesni elementai išsikraus greičiau nei sveiki elementai ir greičiau pasieks minimalią įtampą nei kiti elementai. Kai elementas pasiekia minimalią įtampą, visas akumuliatorių blokas taip pat atjungiamas nuo apkrovos. Dėl to lieka nepanaudota akumuliatoriaus bloko energijos talpa. Ląstelių degradacija Kai „LifePo4“ elementas įkraunamas net šiek tiek viršijus rekomenduojamą vertę, sutrumpėja elemento efektyvumas ir tarnavimo laikas. Pavyzdžiui, nedidelis įkrovimo įtampos padidėjimas nuo 3,2 V iki 3,25 V akumuliatorių sunaudos 30 % greičiau. Taigi, jei elementų balansavimas netikslus, nedidelis perkrovimas taip pat sutrumpins akumuliatoriaus tarnavimo laiką. Nepilnas elementų pakuotės įkrovimas „LifePo4“ akumuliatoriai įkraunami nuolatine srove nuo 0,5 iki 1,0. „LifePo4“ akumuliatoriaus įtampa kyla, kai įkrovimas tęsiasi, o kai visiškai įkraunama, ji atitinkamai krenta. Įsivaizduokite tris elementus, kurių talpa yra atitinkamai 85 Ah, 86 Ah ir 87 Ah, ir 100 procentų SoC, ir tada visi elementai išsikrauna, o jų SoC sumažėja. Greitai pamatysite, kad 1 elementas pirmas išsikrauna, nes jo talpa mažiausia. Kai įjungiama energija į elementų blokus ir ta pati srovė teka per elementus, 1 elementas įkrovimo metu užstringa ir gali būti laikomas visiškai įkrautu, nes kiti du elementai yra visiškai įkrauti. Tai reiškia, kad 1 elemento kulonometrinis efektyvumas (CE) yra mažesnis dėl elemento savaiminio įkaitimo, dėl kurio susidaro elementų nelygybė. Terminis bėgimas Baisiausias dalykas, kuris gali nutikti, yra šiluminis išsiveržimas. Kaip suprantameličio elementaiyra labai jautrūs perkrovimui ir per dideliam iškrovimui. Jei 4 elementų bloke vieno elemento įtampa yra 3,5 V, o kito – 3,2 V, įkraunami visi elementai kartu, nes jie sujungti nuosekliai, o 3,5 V elemento įtampa bus didesnė nei rekomenduojama, nes kitus akumuliatorius vis dar reikia įkrauti. Tai sukelia terminį išsiveržimą, kai vidinės šilumos gamybos greitis viršija šilumos išsiskyrimo greitį. Dėl to „LifePo4“ akumuliatorių blokas tampa termiškai nekontroliuojamas. Kas sukelia akumuliatorių blokų elementų disbalansą? Dabar suprantame, kodėl svarbu išlaikyti visų akumuliatoriaus bloko elementų pusiausvyrą. Tačiau norint tinkamai išspręsti problemą, turime iš anksto žinoti, kodėl elementai tampa nesubalansuoti. Kaip minėta anksčiau, kai akumuliatorių blokas kuriamas sujungiant elementus nuosekliai, užtikrinama, kad visi elementai išliktų vienodo įtampos lygio. Taigi naujas akumuliatorių blokas visada turės subalansuotus elementus. Tačiau pradėjus naudoti bloką, elementai išsibalansuoja dėl šių veiksnių. SOC neatitikimas Elemento įkrovos koeficiento (SOC) matavimas yra sudėtingas procesas, todėl labai painu įvertinti konkrečių akumuliatoriaus elementų SOC. Optimalus elementų suderinimo metodas turėtų atitikti to paties SOC elementus, o ne tiksliai tos pačios įtampos (OCV) laipsnius. Tačiau kadangi gaminant bloką beveik neįmanoma suderinti elementų tik pagal įtampą, SOC variantas ilgainiui gali lemti OCV pakitimą. Vidaus pasipriešinimo variantas Labai sunku rasti elementus su vienoda vidine varža (IR), o akumuliatoriui senstant, elemento IR taip pat kinta, todėl akumuliatorių bloke ne visi elementai turės tą patį IR. Kaip suprantame, IR padidina elemento vidinį nejautrumą, kuris lemia srovės, tekančios per elementą, stiprumą. Kadangi IR kinta, srovė per elementą ir jo įtampa taip pat kinta. Temperatūros lygis Elemento įkrovimo ir iškrovimo pajėgumas taip pat priklauso nuo jį supančios temperatūros. Dideliuose akumuliatorių blokuose, tokiuose kaip elektromobiliai ar saulės baterijų masyvai, elementai yra paskirstyti po atliekų plotą, ir tarp pačių blokų gali būti temperatūros skirtumų, todėl vienas elementas įkraunamas arba iškraunamas greičiau nei kiti elementai ir atsiranda nelygybė. Iš aukščiau išvardytų veiksnių akivaizdu, kad negalime užkirsti kelio elementų disbalansui viso proceso metu. Taigi, vienintelė išeitis – naudoti išorinę sistemą, kuri reikalauja, kad elementai vėl būtų subalansuoti po to, kai jie tampa nesubalansuoti. Ši sistema vadinama akumuliatorių balansavimo sistema. Kaip pasiekti LiFePo4 akumuliatorių balansą? Baterijų valdymo sistema (BMS) Paprastai LiFePo4 akumuliatorių blokas pats negali pasiekti akumuliatoriaus balansavimo, tai galima pasiektiakumuliatorių valdymo sistema(BMS). Baterijos gamintojas šioje BMS plokštėje integruos baterijos balansavimo funkciją ir kitas apsaugos funkcijas, tokias kaip apsauga nuo viršįtampio, SOC indikatorius, apsauga nuo perkaitimo / perkaitimo signalizacija ir kt. Ličio jonų akumuliatoriaus įkroviklis su balansavimo funkcija Taip pat žinomas kaip „balansuojantis akumuliatoriaus įkroviklis“, įkroviklis turi balansavimo funkciją, skirtą palaikyti skirtingas baterijas su skirtingu stygų skaičiumi (pvz., 1–6S). Net jei jūsų baterija neturi BMS plokštės, galite įkrauti ličio jonų bateriją šiuo akumuliatoriaus įkrovikliu, kad pasiektumėte balansą. Balansavimo lenta Kai naudojate subalansuotą akumuliatoriaus įkroviklį, taip pat turite prijungti įkroviklį ir akumuliatorių prie balansavimo plokštės, pasirinkdami konkretų lizdą iš balansavimo plokštės. Apsaugos grandinės modulis (PCM) PCM plokštė yra elektroninė plokštė, prijungta prie LiFePo4 akumuliatorių bloko, o jos pagrindinė funkcija yra apsaugoti akumuliatorių ir naudotoją nuo gedimų. Siekiant užtikrinti saugų naudojimą, LiFePo4 akumuliatorius turi veikti esant labai griežtiems įtampos parametrams. Priklausomai nuo akumuliatoriaus gamintojo ir cheminės sudėties, šis įtampos parametras svyruoja nuo 3,2 V vienam elementui išsikrovusiems akumuliatoriams iki 3,65 V vienam elementui įkraunamiems akumuliatoriams. PCM plokštė stebi šiuos įtampos parametrus ir atjungia akumuliatorių nuo apkrovos arba įkroviklio, jei jie viršijami. Jei jungiama viena LiFePo4 baterija arba kelios lygiagrečiai sujungtos LiFePo4 baterijos, tai lengva padaryti, nes PCM plokštė stebi atskiras įtampas. Tačiau kai kelios baterijos sujungtos nuosekliai, PCM plokštė turi stebėti kiekvienos baterijos įtampą. Baterijų balansavimo tipai LiFePo4 akumuliatorių blokams sukurti įvairūs akumuliatorių balansavimo algoritmai. Jie skirstomi į pasyvius ir aktyvius akumuliatorių balansavimo metodus, pagrįstus akumuliatoriaus įtampa ir SOC. Pasyvus akumuliatorių balansavimas Pasyvaus akumuliatoriaus balansavimo technika atskiria perteklinį krūvį nuo visiškai įkrauto LiFePo4 akumuliatoriaus per varžinius elementus ir suteikia visoms ląstelėms panašų krūvį, kaip ir mažiausio įkrovos LiFePo4 akumuliatoriaus atveju. Ši technika yra patikimesnė ir naudoja mažiau komponentų, todėl sumažina bendras sistemos sąnaudas. Tačiau ši technologija sumažina sistemos efektyvumą, nes energija išsklaidoma šilumos pavidalu, o tai lemia energijos nuostolius. Todėl ši technologija tinka mažos galios taikymams. Aktyvus akumuliatoriaus balansavimas Aktyvus krūvio balansavimas yra sprendimas iššūkiams, susijusiems su LiFePo4 akumuliatoriais. Aktyvaus celių balansavimo technika iškrauna krūvį iš didesnės energijos LiFePo4 akumuliatoriaus ir perkelia jį į mažesnės energijos LiFePo4 akumuliatorių. Palyginti su pasyvia celių balansavimo technologija, ši technika taupo energiją LiFePo4 akumuliatoriaus modulyje, taip padidindama sistemos efektyvumą ir užtrunka mažiau laiko balansuoti tarp LiFePo4 akumuliatorių bloko elementų, todėl galima pasiekti didesnę įkrovimo srovę. Net kai LiFePo4 akumuliatorių blokas yra ramybės būsenoje, net idealiai suderintos LiFePo4 baterijos praranda krūvį skirtingu greičiu, nes savaiminio išsikrovimo greitis kinta priklausomai nuo temperatūros gradiento: 10 °C akumuliatoriaus temperatūros padidėjimas jau padvigubina savaiminio išsikrovimo greitį. Tačiau aktyvus krūvio balansavimas gali atkurti ląstelių pusiausvyrą, net jei jos yra ramybės būsenoje. Tačiau ši technika turi sudėtingą grandinę, kuri padidina bendrą sistemos kainą. Todėl aktyvus celių balansavimas tinka didelės galios taikymams. Yra įvairių aktyvaus balansavimo grandinių topologijų, klasifikuojamų pagal energijos kaupimo komponentus, tokius kaip kondensatoriai, induktoriai / transformatoriai ir elektroniniai keitikliai. Apskritai aktyvi akumuliatorių valdymo sistema sumažina bendrą LiFePo4 akumuliatorių bloko kainą, nes nereikia per didelių elementų, kad būtų kompensuotas išsibarstymas ir netolygus LiFePo4 akumuliatorių senėjimas. Aktyvus akumuliatorių valdymas tampa labai svarbus, kai seni elementai pakeičiami naujais ir LiFePo4 akumuliatorių bloke yra didelių skirtumų. Kadangi aktyvios akumuliatorių valdymo sistemos leidžia LiFePo4 akumuliatorių blokuose montuoti elementus su dideliais parametrų skirtumais, padidėja gamybos našumas, o garantijos ir priežiūros išlaidos sumažėja. Todėl aktyvios akumuliatorių valdymo sistemos pagerina akumuliatorių bloko našumą, patikimumą ir saugumą, kartu padėdamos sumažinti išlaidas. Apibendrinti Siekiant sumažinti elementų įtampos dreifo poveikį, disbalansas turi būti tinkamai subalansuotas. Bet kokio balansavimo sprendimo tikslas – leisti LiFePo4 akumuliatorių blokui veikti numatytu našumo lygiu ir padidinti jo turimą talpą. Baterijos balansavimas svarbus ne tik našumui pagerinti irbaterijų gyvavimo ciklas, tai taip pat padidina LiFePo4 akumuliatorių bloko saugumą. Tai viena iš naujausių technologijų, skirtų akumuliatorių saugumui gerinti ir jų tarnavimo laikui pailginti. Kadangi naujoji akumuliatorių balansavimo technologija seka atskirų LiFePo4 elementų balansavimo kiekį, ji pailgina LiFePo4 akumuliatorių bloko tarnavimo laiką ir pagerina bendrą akumuliatoriaus saugumą.