Wanneer apparaten een langdurige, hoogwaardige prestatie nodig hebbenLifePo4-batterijpakket, moeten ze elke cel in evenwicht brengen. 
Waarom heeft de LifePo4-batterij een batterijbalancering nodig? LifePo4-batterijen zijn onderhevig aan vele kenmerken, zoals overspanning, onderspanning, overlaad- en ontlaadstroom, thermische runaway en een onbalans in de batterijspanning. Een van de belangrijkste factoren is celonbalans, waardoor de spanning van elke cel in de batterij na verloop van tijd verandert, waardoor de batterijcapaciteit snel afneemt. Wanneer de LifePo4-batterij is ontworpen om meerdere cellen in serie te gebruiken, is het belangrijk om de elektrische eigenschappen zo te ontwerpen dat de celspanningen consistent in balans zijn. Dit is niet alleen belangrijk voor de prestaties van de batterij, maar ook voor een optimale levenscyclus. Het is belangrijk om te weten dat batterijbalancering plaatsvindt vóór en ná de productie van de batterij en gedurende de hele levenscyclus moet worden uitgevoerd om optimale batterijprestaties te behouden! Door gebruik te maken van batterijbalancering kunnen we batterijen ontwerpen met een hogere capaciteit voor toepassingen, omdat balancering de batterij in staat stelt een hogere laadtoestand (SOC) te bereiken. U kunt zich voorstellen dat u meerdere LifePo4-cellen in serie schakelt, alsof u een slee met meerdere sledehonden trekt. De slee kan alleen met maximale efficiëntie worden getrokken als alle sledehonden met dezelfde snelheid lopen. Bij vier sledehonden geldt: als één sledehond langzaam loopt, moeten de andere drie sledehonden ook hun snelheid verminderen, wat de efficiëntie vermindert. Als één sledehond sneller loopt, zal hij uiteindelijk de last van de andere drie sledehonden trekken en zichzelf bezeren. Daarom moeten, wanneer meerdere LifePo4-cellen in serie worden geschakeld, de spanningswaarden van alle cellen gelijk zijn om een efficiëntere LifePo4-accu te verkrijgen. 
De nominale LifePo4-batterij heeft een capaciteit van slechts ongeveer 3,2 V, maar inthuis energieopslagsystemen, draagbare voedingen, industriële, telecom-, elektrische voertuig- en microgridtoepassingen, hebben we een veel hogere spanning nodig dan de nominale spanning. De afgelopen jaren hebben oplaadbare LifePo4-batterijen een cruciale rol gespeeld in powerbatterijen en energieopslagsystemen vanwege hun lichte gewicht, hoge energiedichtheid, lange levensduur, hoge capaciteit, snel opladen, lage zelfontlading en milieuvriendelijkheid. Celbalancering zorgt ervoor dat de spanning en capaciteit van elke LifePo4-cel gelijk zijn, anders worden het bereik en de levensduur van de LiFePo4-accu sterk verminderd en nemen de prestaties van de batterij af! Daarom is LifePo4-celbalancering een van de belangrijkste factoren bij het bepalen van de kwaliteit van de batterij. Tijdens gebruik zal er een kleine spanningskloof ontstaan, maar deze kan binnen een acceptabel bereik worden gehouden door middel van celbalancering. Tijdens het balanceren ondergaan de cellen met de hoogste capaciteit een volledige laad-/ontlaadcyclus. Zonder celbalancering is de cel met de laagste capaciteit een zwakke plek. Celbalancering is een van de kernfuncties van het BMS, samen met temperatuurbewaking, opladen en andere functies die de levensduur van de batterij maximaliseren. Andere redenen voor batterijbalancering: LifePo4-batterij pcak onvolledig energieverbruik Het opnemen van meer stroom dan waarvoor de batterij is ontworpen of het kortsluiten van de batterij kan leiden tot voortijdig falen van de batterij. Wanneer een LifePo4-batterijpakket ontlaadt, ontladen zwakkere cellen sneller dan gezonde cellen en bereiken ze de minimale spanning sneller dan andere cellen. Wanneer een cel de minimale spanning bereikt, wordt het hele batterijpakket ook losgekoppeld van de belasting. Dit resulteert in een ongebruikte capaciteit van de batterijpakketenergie. Celafbraak Wanneer een LifePo4-cel zelfs maar iets meer wordt overladen dan de aanbevolen waarde, worden de effectiviteit en de levensduur van de cel verminderd. Een kleine verhoging van de laadspanning van 3,2 V naar 3,25 V kan de accu bijvoorbeeld 30% sneller laten leeglopen. Dus als de celbalancering niet nauwkeurig is, zal ook een kleine overlading de levensduur van de accu verkorten. Onvolledig opladen van een celpakket LifePo4-batterijen worden opgeladen met een continue stroomsterkte tussen 0,5 en 1,0. De spanning van de LifePo4-batterij stijgt naarmate het opladen vordert en neemt vervolgens af. Stel je drie cellen voor met respectievelijk 85 Ah, 86 Ah en 87 Ah en een SoC van 100%. Alle cellen worden vervolgens vrijgegeven en hun SoC neemt af. Je ziet al snel dat cel 1 als eerste leeg raakt, omdat deze de laagste capaciteit heeft. Wanneer er stroom op de cellenpakketten wordt gezet en dezelfde stroom door de cellen stroomt, blijft cel 1 tijdens het laden hangen en wordt deze als volledig opgeladen beschouwd, aangezien de andere twee cellen volledig opgeladen zijn. Dit betekent dat cel 1 een lagere coulometrische effectiviteit (CE) heeft vanwege de zelfopwarming van de cel, wat resulteert in celongelijkheid. Thermische Runaway Het ergste wat kan gebeuren is thermische ontsporing. Zoals we begrijpenlithiumcellenZijn zeer gevoelig voor overladen en te diep ontladen. In een batterijpakket met 4 cellen, als één cel 3,5 V is en de andere 3,2 V, laadt de lading alle cellen tegelijk op omdat ze in serie staan. De 3,5 V-cel wordt dan opgeladen met een hogere spanning dan de aanbevolen spanning, omdat de andere batterijen nog steeds moeten worden opgeladen. Dit leidt tot thermische runaway wanneer de snelheid van interne warmteontwikkeling de snelheid overschrijdt waarmee de warmte kan worden vrijgegeven. Dit zorgt ervoor dat de LifePo4-batterij thermisch ongecontroleerd raakt. Wat veroorzaakt celonevenwichtigheid in batterijpakketten? Nu begrijpen we waarom het essentieel is om alle cellen in een accupakket in balans te houden. Om het probleem echter adequaat aan te pakken, moeten we eerst weten waarom de cellen uit balans raken. Zoals eerder vermeld, zorgt een accupakket, door de cellen in serie te plaatsen, ervoor dat alle cellen op exact dezelfde spanning blijven. Een nieuw accupakket zal dus altijd gebalanceerde cellen hebben. Maar naarmate het pakket in gebruik wordt genomen, raken de cellen uit balans door de volgende factoren. SOC-discrepantie Het meten van de SOC van een cel is ingewikkeld; daarom is het zeer complex om de SOC van specifieke cellen in een batterij te meten. Een optimale celharmonisatiemethode zou cellen met dezelfde SOC moeten matchen in plaats van exact dezelfde spanningswaarden (OCV). Maar aangezien het vrijwel onmogelijk is dat cellen alleen op spanningswaarden worden gematcht bij het samenstellen van een batterijpakket, kan de variatie in SOC op termijn leiden tot een wijziging in de OCV. Interieur weerstandsvariant Het is extreem moeilijk om cellen met dezelfde interne weerstand (IR) te vinden. Naarmate de batterij ouder wordt, verandert de IR van de cel ook, waardoor niet alle cellen in een batterijpakket dezelfde IR hebben. Zoals we weten, draagt de IR bij aan de interne weerstand van de cel, wat de stroomsterkte door de cel bepaalt. Omdat de IR varieert, veranderen ook de stroomsterkte en de spanning door de cel. Temperatuurniveau Het laad- en ontlaadvermogen van de cel hangt ook af van de omgevingstemperatuur. In een groot accupakket, zoals in elektrische auto's of zonnepanelen, zijn de cellen verspreid over een afvalgebied en kan er een temperatuurverschil zijn binnen het pakket zelf, waardoor één cel sneller laadt of ontlaadt dan de overige cellen, wat een ongelijkheid veroorzaakt. Uit bovenstaande factoren blijkt duidelijk dat we niet kunnen voorkomen dat cellen tijdens de procedure uit balans raken. De enige oplossing is daarom om gebruik te maken van een extern systeem dat de cellen dwingt om weer in balans te komen nadat ze uit balans zijn geraakt. Dit systeem heet het batterijbalanceringssysteem. 
Hoe bereik ik een evenwicht in het LiFePo4-accupakket? Batterijbeheersysteem (BMS) Over het algemeen kan het LiFePo4-accupakket niet op zichzelf de batterijbalans bereiken, dit kan worden bereikt doorbatterijbeheersysteem(BMS). De batterijfabrikant integreert de batterijbalanceringsfunctie en andere beveiligingsfuncties, zoals beveiliging tegen overspanning, SOC-indicator, alarm/beveiliging tegen oververhitting, enz. op dit BMS-bord. Li-ion batterijlader met balanceerfunctie Deze lader, ook wel bekend als een "balancerende acculader", beschikt over een balanceerfunctie ter ondersteuning van verschillende accu's met verschillende stringaantallen (bijv. 1~6S). Zelfs als uw accu geen BMS-kaart heeft, kunt u uw Li-ion accu met deze acculader opladen om balancering te bereiken. Balancerend bord Wanneer u een gebalanceerde batterijlader gebruikt, moet u de lader en uw batterij ook aansluiten op het balanceerbord door een specifieke aansluiting op het balanceerbord te selecteren. Beschermingscircuitmodule (PCM) Het PCM-bord is een elektronisch bord dat is aangesloten op het LiFePo4-accupakket. De belangrijkste functie ervan is om de accu en de gebruiker te beschermen tegen storingen. Om veilig gebruik te garanderen, moet de LiFePo4-accu onder zeer strenge spanningsparameters werken. Afhankelijk van de batterijfabrikant en de chemische samenstelling varieert deze spanningsparameter tussen 3,2 V per cel voor ontladen batterijen en 3,65 V per cel voor oplaadbare batterijen. De PCM-kaart bewaakt deze spanningsparameters en koppelt de accu los van de belasting of lader als deze worden overschreden. In het geval van één of meerdere parallel geschakelde LiFePo4-accu's is dit eenvoudig te realiseren, omdat de PCM-kaart de individuele spanningen bewaakt. Wanneer er echter meerdere accu's in serie zijn geschakeld, moet de PCM-kaart de spanning van elke accu bewaken. Soorten batterijbalancering Er zijn verschillende algoritmen voor batterijbalancering ontwikkeld voor LiFePo4-accu's. Deze zijn onderverdeeld in passieve en actieve batterijbalanceringsmethoden op basis van accuspanning en SOC. 
Passieve batterijbalancering De passieve batterijbalanceringstechniek scheidt de overtollige lading van een volledig geladen LiFePo4-accu via weerstandselementen en geeft alle cellen een lading die vergelijkbaar is met die van de laagste LiFePo4-accu. Deze techniek is betrouwbaarder en gebruikt minder componenten, waardoor de totale systeemkosten dalen. De technologie vermindert echter de efficiëntie van het systeem, omdat energie wordt afgevoerd in de vorm van warmte, wat energieverlies genereert. Daarom is deze technologie geschikt voor toepassingen met een laag stroomverbruik. 
Actieve batterijbalancering Actieve ladingbalancering is een oplossing voor de uitdagingen die gepaard gaan met LiFePo4-accu's. De actieve celbalanceringstechniek ontlaadt de lading van de LiFePo4-accu met hogere energie en transporteert deze naar de LiFePo4-accu met lagere energie. Vergeleken met passieve celbalanceringstechnologie bespaart deze techniek energie in de LiFePo4-accumodule, waardoor de efficiëntie van het systeem toeneemt. Bovendien is er minder tijd nodig om de lading tussen de LiFePo4-accucellen te balanceren, wat hogere laadstromen mogelijk maakt. Zelfs wanneer de LiFePo4-accu in rust is, verliezen zelfs perfect op elkaar afgestemde LiFePo4-accu's lading met verschillende snelheden, omdat de zelfontladingssnelheid varieert afhankelijk van de temperatuurgradiënt: een stijging van 10 °C in de accutemperatuur verdubbelt de zelfontladingssnelheid al. Actieve ladingbalancering kan cellen echter in evenwicht brengen, zelfs als ze in rust zijn. Deze techniek heeft echter complexe schakelingen, wat de totale systeemkosten verhoogt. Daarom is actieve celbalancering geschikt voor toepassingen met een hoog vermogen. Er zijn verschillende actieve balanceringscircuittopologieën die worden geclassificeerd op basis van componenten voor energieopslag, zoals condensatoren, inductoren/transformatoren en elektronische converters. Over het algemeen verlaagt het actieve batterijbeheersysteem de totale kosten van de LiFePo4-accu, omdat er geen overdimensionering van de cellen nodig is om spreiding en ongelijkmatige veroudering tussen de LiFePo4-accu's te compenseren. Actief batterijbeheer wordt cruciaal wanneer oude cellen worden vervangen door nieuwe en er aanzienlijke variatie binnen de LiFePo4-accu is. Omdat actieve batterijbeheersystemen het mogelijk maken om cellen met grote parametervariaties in LiFePo4-accu's te installeren, stijgen de productieopbrengsten terwijl de garantie- en onderhoudskosten dalen. Actieve batterijbeheersystemen verbeteren daarom de prestaties, betrouwbaarheid en veiligheid van de accu en helpen tegelijkertijd de kosten te verlagen. Samenvatten Om de effecten van celspanningsdrift te minimaliseren, moeten onbalansen adequaat worden gemodereerd. Het doel van elke balanceringsoplossing is om de LiFePo4-accu op het beoogde prestatieniveau te laten werken en de beschikbare capaciteit te vergroten. Het balanceren van de batterij is niet alleen belangrijk voor het verbeteren van de prestaties enlevenscyclus van batterijenHet voegt ook een veiligheidsfactor toe aan de LiFePo4-accu. Dit is een van de opkomende technologieën voor het verbeteren van de accuveiligheid en het verlengen van de levensduur. Doordat de nieuwe accubalanceringstechnologie de benodigde balancering voor individuele LiFePo4-cellen bijhoudt, verlengt dit de levensduur van de LiFePo4-accu en verbetert het de algehele veiligheid van de accu.
Plaatsingstijd: 8 mei 2024