Kiedy urządzenia wymagają długotrwałej i wydajnej pracyAkumulator LifePo4, muszą zrównoważyć każdą komórkę. 
Dlaczego akumulator LifePo4 wymaga wyważenia? Akumulatory LifePo4 podlegają wielu cechom, takim jak przepięcie, niedostateczne napięcie, przeładowanie i prąd rozładowania, niekontrolowany wzrost temperatury i nierównowaga napięcia akumulatora. Jednym z najważniejszych czynników jest nierównowaga ogniw, która zmienia napięcie każdego ogniwa w pakiecie w czasie, tym samym szybko zmniejszając pojemność akumulatora. Gdy akumulator LifePo4 jest zaprojektowany do używania wielu ogniw w szeregu, ważne jest zaprojektowanie charakterystyki elektrycznej w celu spójnego zrównoważenia napięć ogniw. Nie chodzi tylko o wydajność akumulatora, ale także o optymalizację cyklu życia. Potrzeba doktryny polega na tym, że równoważenie akumulatora następuje przed i po zbudowaniu akumulatora i musi być wykonywane przez cały cykl życia akumulatora, aby utrzymać optymalną wydajność akumulatora! Zastosowanie równoważenia baterii pozwala nam projektować baterie o większej pojemności do zastosowań, ponieważ równoważenie pozwala baterii osiągnąć wyższy stan naładowania (SOC). Możesz sobie wyobrazić łączenie wielu ogniw LifePo4 w szeregu, tak jakbyś ciągnął sanie z wieloma psami zaprzęgowymi. Sanie można ciągnąć z maksymalną wydajnością tylko wtedy, gdy wszystkie psy zaprzęgowe poruszają się z tą samą prędkością. W przypadku czterech psów zaprzęgowych, jeśli jeden pies zaprzęgowy biegnie wolno, pozostałe trzy psy zaprzęgowe również muszą zwolnić, co zmniejsza wydajność, a jeśli jeden pies zaprzęgowy biegnie szybciej, skończy ciągnąc ładunek pozostałych trzech psów zaprzęgowych i robiąc sobie krzywdę. Dlatego gdy wiele ogniw LifePo4 jest połączonych szeregowo, wartości napięcia wszystkich ogniw powinny być równe, aby uzyskać bardziej wydajny zestaw baterii LifePo4. 
Nominalne napięcie akumulatora LifePo4 wynosi tylko około 3,2 V, ale wdomowe systemy magazynowania energii, przenośne zasilacze, zastosowania przemysłowe, telekomunikacyjne, pojazdów elektrycznych i mikrosieci, potrzebujemy znacznie wyższego napięcia niż znamionowe. W ostatnich latach akumulatory LifePo4 odegrały kluczową rolę w akumulatorach i systemach magazynowania energii ze względu na ich lekkość, wysoką gęstość energii, długą żywotność, dużą pojemność, szybkie ładowanie, niskie poziomy samorozładowania i przyjazność dla środowiska. Wyważanie ogniw zapewnia, że napięcie i pojemność każdego ogniwa LifePo4 są na tym samym poziomie, w przeciwnym razie zasięg i żywotność akumulatora LiFePo4 zostaną znacznie zmniejszone, a wydajność akumulatora ulegnie pogorszeniu! Dlatego wyważenie ogniw LifePo4 jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o jakości akumulatora. Podczas pracy wystąpi niewielka różnica napięć, ale możemy ją utrzymać w akceptowalnym zakresie za pomocą wyważania ogniw. Podczas wyważania ogniwa o większej pojemności przechodzą pełny cykl ładowania/rozładowania. Bez wyważania ogniw ogniwo o najmniejszej pojemności jest słabym punktem. Wyważanie ogniw jest jedną z podstawowych funkcji BMS, obok monitorowania temperatury, ładowania i innych funkcji, które pomagają zmaksymalizować żywotność pakietu. Inne powody wyważania baterii: Bateria LifePo4 pcak niekompletne zużycie energii Pobieranie większego prądu niż ten, do którego akumulator jest przeznaczony, lub zwarcie akumulatora najprawdopodobniej spowoduje przedwczesne zużycie akumulatora. Gdy akumulator LifePo4 się rozładowuje, słabsze ogniwa rozładują się szybciej niż zdrowe ogniwa i osiągną minimalne napięcie szybciej niż inne ogniwa. Gdy ogniwo osiągnie minimalne napięcie, cały akumulator zostanie również odłączony od obciążenia. Powoduje to niewykorzystaną pojemność energii akumulatora. Degradacja komórek Gdy ogniwo LifePo4 zostanie przeładowane nawet trochę ponad sugerowaną wartość, skuteczność i żywotność ogniwa ulegają zmniejszeniu. Na przykład niewielki wzrost napięcia ładowania z 3,2 V do 3,25 V spowoduje szybsze rozładowanie akumulatora o 30%. Tak więc jeśli wyważenie ogniw nie jest dokładne, również niewielkie przeładowanie skróci żywotność akumulatora. Niepełne ładowanie akumulatora Akumulatory LifePo4 są rozliczane przy ciągłym prądzie o wartości od 0,5 do 1,0. Napięcie akumulatora LifePo4 wzrasta w miarę ładowania, aż do momentu, gdy jest całkowicie naładowany, a następnie spada. Pomyśl o trzech ogniwach o pojemnościach odpowiednio 85 Ah, 86 Ah i 87 Ah oraz 100-procentowym SoC, a wszystkie ogniwa są następnie zwalniane, a ich SoC spada. Szybko można się dowiedzieć, że ogniwo 1 kończy jako pierwsze, któremu kończy się energia, ponieważ ma najniższą pojemność. Gdy zasilanie jest podawane do pakietów ogniw, a ten sam prąd przepływa przez ogniwa, ogniwo 1 ponownie pozostaje w tyle podczas ładowania i może być uważane za w pełni naładowane, ponieważ pozostałe dwa ogniwa są w pełni naładowane. Oznacza to, że ogniwa 1 mają zmniejszoną skuteczność kulometryczną (CE) z powodu samonagrzewania się ogniwa, co powoduje nierówność ogniw. Ucieczka termiczna Najgorszym punktem, który może się zdarzyć, jest ucieczka termiczna. Jak rozumiemyogniwa litowesą bardzo wrażliwe na przeładowanie, jak również na nadmierne rozładowanie. W pakiecie 4 ogniw, jeśli jedno ogniwo ma 3,5 V, a pozostałe 3,2 V, ładowanie z pewnością obciąży wszystkie ogniwa razem, ponieważ są połączone szeregowo, a także obciąży ogniwo 3,5 V wyższym napięciem niż zalecane, ponieważ pozostałe baterie nadal wymagają ładowania. Prowadzi to do ucieczki termicznej, gdy cena wytwarzania wewnętrznego ciepła przekracza szybkość, z jaką ciepło może zostać uwolnione. Powoduje to, że pakiet baterii LifePo4 staje się niekontrolowany termicznie. Co powoduje brak równowagi ogniw w akumulatorach? Teraz rozumiemy, dlaczego utrzymanie wszystkich ogniw w stanie równowagi w pakiecie baterii jest niezbędne. Jednak aby odpowiednio rozwiązać ten problem, powinniśmy wiedzieć z pierwszej ręki, dlaczego ogniwa stają się niezrównoważone. Jak powiedziano wcześniej, gdy pakiet baterii jest tworzony przez umieszczenie ogniw szeregowo, upewnia się, że wszystkie ogniwa pozostają na tym samym poziomie napięcia. Tak więc nowy pakiet baterii zawsze będzie miał faktycznie zrównoważone ogniwa. Jednak gdy pakiet jest używany, ogniwa tracą równowagę z powodu następujących czynników. Rozbieżność SOC Pomiar SOC ogniwa jest skomplikowany; stąd też bardzo trudno jest zmierzyć SOC konkretnych ogniw w baterii. Optymalna metoda harmonizacji ogniw powinna pasować do ogniw o tym samym SOC, a nie dokładnie tym samym napięciu (OCV) stopni. Ale ponieważ jest prawie niemożliwe, aby ogniwa były dopasowywane tylko pod względem napięcia podczas tworzenia pakietu, wariant SOC może w odpowiednim czasie skutkować modyfikacją OCV. Wariant oporu wewnętrznego Znalezienie ogniw o tej samej rezystancji wewnętrznej (IR) jest niezwykle trudne, a wraz z wiekiem baterii, IR ogniwa ulega zmianie, a zatem w pakiecie baterii nie wszystkie ogniwa będą miały tę samą IR. Jak rozumiemy, IR zwiększa wewnętrzną odporność ogniwa, która określa przepływ prądu przez ogniwo. Ponieważ IR jest zmienny, prąd przepływający przez ogniwo, a także jego napięcie również się zmieniają. Poziom temperatury Możliwość rozliczeń i rozładowania ogniwa zależy również od temperatury wokół niego. W znaczącym pakiecie baterii, takim jak w pojazdach elektrycznych lub panelach słonecznych, ogniwa są rozłożone na obszarze odpadów i może występować różnica temperatur między samym pakietem, co powoduje, że jedno ogniwo ładuje się lub rozładowuje szybciej niż pozostałe ogniwa, powodując nierówność. Z powyższych czynników jasno wynika, że nie możemy zapobiec utracie równowagi ogniw w trakcie procedury. Tak więc jedynym rozwiązaniem jest wykorzystanie zewnętrznego systemu, który wymaga, aby ogniwa ponownie się zrównoważyły po tym, jak staną się niezrównoważone. Ten system nazywa się Battery Balancing System. 
Jak osiągnąć równowagę akumulatora LiFePo4? System zarządzania baterią (BMS) Zazwyczaj akumulator LiFePo4 nie jest w stanie samodzielnie zrównoważyć baterii, można to osiągnąć poprzezsystem zarządzania baterią(BMS). Producent baterii zintegruje funkcję równoważenia baterii i inne funkcje zabezpieczające, takie jak zabezpieczenie przed przepięciem ładowania, wskaźnik SOC, alarm/zabezpieczenie przed przegrzaniem itp. na tej płycie BMS. Ładowarka akumulatorów litowo-jonowych z funkcją równoważenia Znana również jako „ładowarka akumulatorów z balansem”, ładowarka integruje funkcję balansu, aby obsługiwać różne akumulatory o różnej liczbie ogniw (np. 1~6S). Nawet jeśli Twój akumulator nie ma płytki BMS, możesz ładować akumulator litowo-jonowy za pomocą tej ładowarki akumulatorów, aby uzyskać balans. Deska do balansowania Jeśli używasz ładowarki zbalansowanej, musisz także podłączyć ładowarkę i akumulator do platformy równoważącej, wybierając odpowiednie gniazdo na platformie. Moduł obwodu ochronnego (PCM) Płytka PCM to płytka elektroniczna podłączona do akumulatora LiFePo4, której główną funkcją jest ochrona akumulatora i użytkownika przed awarią. Aby zapewnić bezpieczne użytkowanie, akumulator LiFePo4 musi działać przy bardzo rygorystycznych parametrach napięcia. W zależności od producenta akumulatora i jego składu chemicznego, ten parametr napięcia waha się od 3,2 V na ogniwo dla rozładowanych akumulatorów do 3,65 V na ogniwo dla akumulatorów ładowalnych. Płytka PCM monitoruje te parametry napięcia i odłącza akumulator od obciążenia lub ładowarki, jeśli zostaną przekroczone. W przypadku pojedynczej baterii LiFePo4 lub wielu baterii LiFePo4 połączonych równolegle, jest to łatwe do osiągnięcia, ponieważ płyta PCM monitoruje poszczególne napięcia. Jednak gdy wiele baterii jest połączonych szeregowo, płyta PCM musi monitorować napięcie każdej baterii. Rodzaje wyważania baterii Opracowano różne algorytmy równoważenia baterii dla pakietu baterii LiFePo4. Dzieli się je na pasywne i aktywne metody równoważenia baterii w oparciu o napięcie baterii i SOC. 
Pasywne równoważenie baterii Pasywna technika równoważenia baterii oddziela nadmiar ładunku od w pełni naładowanej baterii LiFePo4 poprzez elementy rezystancyjne i nadaje wszystkim ogniwom podobny ładunek do najniższego ładunku baterii LiFePo4. Ta technika jest bardziej niezawodna i wykorzystuje mniej komponentów, co zmniejsza całkowity koszt systemu. Jednak technologia ta zmniejsza wydajność systemu, ponieważ energia jest rozpraszana w postaci ciepła, które generuje utratę energii. Dlatego ta technologia nadaje się do zastosowań o niskim poborze mocy. 
Aktywne równoważenie baterii Aktywne równoważenie ładunku jest rozwiązaniem problemów związanych z akumulatorami LiFePo4. Aktywna technika równoważenia ogniw rozładowuje ładunek z akumulatora LiFePo4 o wyższej energii i przenosi go do akumulatora LiFePo4 o niższej energii. W porównaniu z pasywną technologią równoważenia ogniw, ta technika oszczędza energię w module akumulatora LiFePo4, zwiększając w ten sposób wydajność systemu i wymaga mniej czasu na równoważenie między ogniwami akumulatora LiFePo4, co pozwala na wyższe prądy ładowania. Nawet gdy akumulator LiFePo4 jest w stanie spoczynku, nawet idealnie dopasowane akumulatory LiFePo4 tracą ładunek w różnym tempie, ponieważ szybkość samorozładowania zmienia się w zależności od gradientu temperatury: wzrost temperatury akumulatora o 10°C już podwaja szybkość samorozładowania. Jednak aktywne równoważenie ładunku może przywrócić ogniwa do równowagi, nawet jeśli są w stanie spoczynku. Jednak ta technika ma złożony obwód, co zwiększa całkowity koszt systemu. Dlatego aktywne równoważenie ogniw nadaje się do zastosowań o dużej mocy. Istnieją różne topologie aktywnych obwodów równoważących, klasyfikowane według komponentów magazynujących energię, takich jak kondensatory, cewki indukcyjne/transformatory i przetwornice elektroniczne. Ogólnie rzecz biorąc, aktywny system zarządzania akumulatorem zmniejsza całkowity koszt akumulatora LiFePo4, ponieważ nie wymaga on przewymiarowania ogniw w celu skompensowania rozproszenia i nierównomiernego starzenia się akumulatorów LiFePo4. Aktywne zarządzanie akumulatorem staje się krytyczne, gdy stare ogniwa są wymieniane na nowe, a w akumulatorze LiFePo4 występują znaczne wahania. Ponieważ aktywne systemy zarządzania akumulatorem umożliwiają instalację ogniw o dużych wahaniach parametrów w akumulatorach LiFePo4, wydajność produkcji wzrasta, a koszty gwarancji i konserwacji maleją. Dlatego aktywne systemy zarządzania akumulatorem korzystnie wpływają na wydajność, niezawodność i bezpieczeństwo akumulatora, jednocześnie pomagając obniżyć koszty. Streszczać Aby zminimalizować skutki dryftu napięcia ogniwa, należy odpowiednio moderować nierównowagę. Celem każdego rozwiązania równoważącego jest umożliwienie pracy akumulatora LiFePo4 na zamierzonym poziomie wydajności i wydłużenie dostępnej pojemności. Równoważenie baterii jest ważne nie tylko ze względu na poprawę wydajności icykl życia baterii, dodaje również współczynnik bezpieczeństwa do akumulatora LiFePo4. Jedna z pojawiających się technologii poprawiających bezpieczeństwo akumulatora i wydłużających jego żywotność. Ponieważ nowa technologia wyważania akumulatora śledzi ilość wyważania wymaganą dla poszczególnych ogniw LiFePo4, wydłuża żywotność akumulatora LiFePo4 i zwiększa ogólne bezpieczeństwo akumulatora.
Czas publikacji: 08-05-2024