Când dispozitivele au nevoie de performanță ridicată și de lungă duratăPachet de baterii LifePo4, au nevoie să echilibreze fiecare celulă. 
De ce este nevoie de echilibrarea bateriei pentru pachetul de baterii LifePo4? Bateriile LifePo4 sunt supuse multor caracteristici, cum ar fi supratensiune, subtensiune, curent de supraîncărcare și descărcare, fluctuații termice și dezechilibru al tensiunii bateriei. Unul dintre cei mai importanți factori este dezechilibrul celulelor, care modifică tensiunea fiecărei celule din pachet în timp, reducând astfel rapid capacitatea bateriei. Atunci când pachetul de baterii LifePo4 este proiectat să utilizeze mai multe celule în serie, este important să se proiecteze caracteristicile electrice pentru a echilibra în mod constant tensiunile celulelor. Acest lucru nu este valabil doar pentru performanța pachetului de baterii, ci și pentru optimizarea ciclului de viață. Necesitatea unei doctrine este că echilibrarea bateriei are loc înainte și după construirea bateriei și trebuie efectuată pe tot parcursul ciclului de viață al bateriei pentru a menține performanța optimă a bateriei! Utilizarea echilibrării bateriilor ne permite să proiectăm baterii cu o capacitate mai mare pentru anumite aplicații, deoarece echilibrarea permite bateriei să atingă o stare de încărcare (SOC) mai mare. Vă puteți imagina conectarea mai multor unități de celule LifePo4 în serie ca și cum ați trage o sanie cu mai mulți câini de sanie. Sania poate fi trasă cu eficiență maximă doar dacă toți câinii de sanie aleargă cu aceeași viteză. Cu patru câini de sanie, dacă un câine de sanie aleargă încet, atunci ceilalți trei câini de sanie trebuie să își reducă și ei viteza, reducând astfel eficiența, iar dacă un câine de sanie aleargă mai repede, va ajunge să tragă sarcina celorlalți trei câini de sanie și să se accidenteze. Prin urmare, atunci când mai multe celule LifePo4 sunt conectate în serie, valorile tensiunii tuturor celulelor ar trebui să fie egale pentru a obține un pachet de baterii LifePo4 mai eficient. 
Bateria LifePo4 nominală are o tensiune nominală de doar aproximativ 3,2 V, dar însisteme de stocare a energiei la domiciliu, surse de alimentare portabile, aplicații industriale, telecomunicații, vehicule electrice și microrețele, avem nevoie de o tensiune mult mai mare decât cea nominală. În ultimii ani, bateriile reîncărcabile LifePo4 au jucat un rol esențial în bateriile electrice și sistemele de stocare a energiei datorită greutății reduse, densității mari de energie, duratei lungi de viață, capacității mari, încărcării rapide, nivelurilor scăzute de autodescărcare și respectului pentru mediu. Echilibrarea celulelor asigură că tensiunea și capacitatea fiecărei celule LifePo4 sunt la același nivel, în caz contrar, autonomia și durata de viață a pachetului de baterii LiFePo4 vor fi reduse considerabil, iar performanța bateriei se va degrada! Prin urmare, echilibrarea celulelor LifePo4 este unul dintre cei mai importanți factori în determinarea calității bateriei. În timpul funcționării, va apărea o mică diferență de tensiune, dar o putem menține într-un interval acceptabil prin intermediul echilibrării celulelor. În timpul echilibrării, celulele cu capacitate mai mare trec printr-un ciclu complet de încărcare/descărcare. Fără echilibrarea celulelor, celula cu cea mai mică capacitate reprezintă un punct slab. Echilibrarea celulelor este una dintre funcțiile principale ale BMS, alături de monitorizarea temperaturii, încărcare și alte funcții care ajută la maximizarea duratei de viață a acumulatorului. Alte motive pentru echilibrarea bateriei: Consum incomplet de energie al bateriei LifePo4 pcak Absorbția unui curent mai mare decât cel proiectat pentru baterie sau scurtcircuitarea acesteia are cel mai mare probabilitate de a provoca o defectare prematură a acesteia. Când un pachet de baterii LifePo4 se descarcă, celulele mai slabe se vor descărca mai repede decât celulele sănătoase și vor atinge tensiunea minimă mai repede decât alte celule. Când o celulă atinge tensiunea minimă, întregul pachet de baterii este, de asemenea, deconectat de la sarcină. Acest lucru duce la o capacitate neutilizată a energiei pachetului de baterii. Degradarea celulară Când o celulă LifePo4 este supraîncărcată chiar și puțin peste valoarea recomandată, eficiența și durata de viață a celulei se reduc. De exemplu, o creștere minoră a tensiunii de încărcare de la 3,2 V la 3,25 V va descompune bateria mai repede cu 30%. Așadar, dacă echilibrarea celulelor nu este precisă, o supraîncărcare minoră va reduce durata de viață a bateriei. Încărcarea incompletă a unui pachet de celule Bateriile LifePo4 sunt încărcate la un curent continuu cuprins între 0,5 și 1,0 rate. Tensiunea bateriei LifePo4 crește pe măsură ce încărcarea continuă, ajungând la un punct culminant atunci când este încărcată complet și, în consecință, scade. Imaginați-vă trei celule cu 85 Ah, 86 Ah și, respectiv, 87 Ah și 100% SoC, iar toate celulele sunt apoi descărcate, iar SoC-ul lor scade. Puteți observa rapid că celula 1 este prima care rămâne fără energie, deoarece are cea mai mică capacitate. Când se alimentează pachetele de celule și aceeași curent circulă prin celule, din nou, celula 1 rămâne blocată în timpul încărcării și poate fi considerată complet încărcată, deoarece celelalte două celule sunt complet încărcate. Aceasta înseamnă că celulele 1 au o eficiență coulometrică (CE) redusă din cauza autoîncălzirii celulei, care duce la inegalitatea celulelor. Fuga termică Cel mai teribil lucru care poate avea loc este fuga termică. După cum înțelegemcelule de litiusunt foarte sensibile la supraîncărcare, precum și la descărcare excesivă. Într-un pachet de 4 celule, dacă o celulă are 3,5 V, în timp ce celelalte au 3,2 V, încărcarea va încărca toate celulele împreună, deoarece acestea sunt în serie și va încărca celula de 3,5 V la o tensiune mai mare decât cea recomandată, deoarece celelalte baterii trebuie încă încărcate. Acest lucru duce la o descărcare termică atunci când rata generării de căldură internă depășește viteza la care poate fi eliberată căldura. Acest lucru face ca pachetul de baterii LifePo4 să devină necontrolat termic. Ce declanșează dezechilibrul celulelor în pachetele de baterii? Acum înțelegem de ce este esențial să se mențină toate celulele echilibrate într-o baterie. Totuși, pentru a aborda problema în mod corespunzător, ar trebui să știm direct de ce celulele se dezechilibrează. Așa cum am menționat anterior, atunci când o baterie este creată prin plasarea celulelor în serie, se asigură că toate celulele rămân la aceleași niveluri de tensiune. Așadar, o baterie nouă va avea întotdeauna celule echilibrate. Însă, pe măsură ce bateria este pusă în funcțiune, celulele se dezechilibrează din cauza următorilor factori. Discrepanță SOC Măsurarea SOC-ului unei celule este complicată; prin urmare, este foarte complex să se evalueze SOC-ul unor celule specifice dintr-o baterie. O metodă optimă de armonizare a celulelor ar trebui să corespundă celulelor de același SOC în loc de exact aceleași grade de tensiune (OCV). Dar, deoarece este aproape imposibil ca celulele să fie potrivite doar în termeni de tensiune atunci când se creează un pachet, variația din SOC poate duce la o modificare a OCV în timp util. Varianta de rezistență interioară Este extrem de dificil să găsești celule cu aceeași rezistență internă (IR) și, pe măsură ce bateria îmbătrânește, IR-ul celulei se modifică și el, prin urmare, într-un pachet de baterii nu toate celulele vor avea același IR. După cum înțelegem, IR-ul contribuie la rezistența internă a celulei, ceea ce determină curentul care trece printr-o celulă. Deoarece IR-ul este variat, curentul prin celulă și tensiunea acesteia devin, de asemenea, diferite. Nivelul temperaturii Capacitatea de încărcare și descărcare a celulei depinde și de temperatura din jurul acesteia. Într-un pachet de baterii semnificativ, cum ar fi cel din vehiculele electrice sau panourile solare, celulele sunt distribuite pe o zonă reziduală și poate exista o diferență de temperatură între pachetul în sine, ceea ce face ca o celulă să se încarce sau să se descarce mai repede decât celelalte celule, provocând o inegalitate. Din factorii de mai sus, este clar că nu putem preveni dezechilibrarea celulelor pe parcursul procedurii. Prin urmare, singurul remediu este utilizarea unui sistem extern care necesită ca celulele să se echilibreze din nou după ce se dezechilibrează. Acest sistem se numește Sistem de Echilibrare a Bateriei. 
Cum se obține echilibrul pachetului de baterii LiFePo4? Sistem de gestionare a bateriei (BMS) În general, pachetul de baterii LiFePo4 nu poate realiza echilibrarea bateriei de unul singur, ci se poate realiza prinsistem de gestionare a bateriei(BMS). Producătorul bateriei va integra pe această placă BMS funcția de echilibrare a bateriei și alte funcții de protecție, cum ar fi protecția la supratensiune, indicatorul SOC, alarma/protecția la supratemperatura etc. Încărcător de baterii Li-ion cu funcție de echilibrare Cunoscut și sub denumirea de „încărcător de baterii echilibrate”, încărcătorul integrează o funcție de echilibrare pentru a suporta diferite baterii cu număr diferit de șiruri (de exemplu, 1~6S). Chiar dacă bateria nu are o placă BMS, puteți încărca bateria Li-ion cu acest încărcător pentru a realiza echilibrarea. Placă de echilibrare Când utilizați un încărcător de baterie echilibrat, trebuie să conectați încărcătorul și bateria la placa de echilibrare selectând o priză specifică de pe placa de echilibrare. Modulul circuitului de protecție (PCM) Placa PCM este o placă electronică conectată la pachetul de baterii LiFePo4, iar funcția sa principală este de a proteja bateria și utilizatorul de defecțiuni. Pentru a asigura o utilizare în siguranță, bateria LiFePo4 trebuie să funcționeze conform unor parametri de tensiune foarte stricți. În funcție de producătorul bateriei și de compoziția chimică, acest parametru de tensiune variază între 3,2 V per celulă pentru bateriile descărcate și 3,65 V per celulă pentru bateriile reîncărcabile. Placa PCM monitorizează acești parametri de tensiune și deconectează bateria de la sarcină sau de la încărcător dacă sunt depășiți. În cazul unei singure baterii LiFePo4 sau al mai multor baterii LiFePo4 conectate în paralel, acest lucru se realizează cu ușurință deoarece placa PCM monitorizează tensiunile individuale. Cu toate acestea, atunci când mai multe baterii sunt conectate în serie, placa PCM trebuie să monitorizeze tensiunea fiecărei baterii. Tipuri de echilibrare a bateriei Au fost dezvoltați diverși algoritmi de echilibrare a bateriei pentru pachetul de baterii LiFePo4. Acestea sunt împărțite în metode pasive și active de echilibrare a bateriei, bazate pe tensiunea bateriei și pe starea de încărcare (SOC). 
Echilibrarea pasivă a bateriei Tehnica de echilibrare pasivă a bateriei separă excesul de încărcare dintr-o baterie LiFePo4 complet energizată prin elemente rezistive și oferă tuturor celulelor o încărcare similară cu cea a celei mai mici încărcări a bateriei LiFePo4. Această tehnică este mai fiabilă și utilizează mai puține componente, reducând astfel costul general al sistemului. Cu toate acestea, tehnologia reduce eficiența sistemului, deoarece energia este disipată sub formă de căldură, ceea ce generează pierderi de energie. Prin urmare, această tehnologie este potrivită pentru aplicații de putere redusă. 
Echilibrarea activă a bateriei Echilibrarea activă a sarcinii este o soluție la provocările asociate cu bateriile LiFePo4. Tehnica de echilibrare activă a celulelor descarcă sarcina din bateria LiFePo4 cu energie mai mare și o transferă către bateria LiFePo4 cu energie mai mică. Comparativ cu tehnologia de echilibrare pasivă a celulelor, această tehnică economisește energie în modulul bateriei LiFePo4, crescând astfel eficiența sistemului și necesită mai puțin timp pentru echilibrarea între celulele pachetului de baterii LiFePo4, permițând curenți de încărcare mai mari. Chiar și atunci când pachetul de baterii LiFePo4 este în repaus, chiar și bateriile LiFePo4 perfect potrivite pierd încărcarea la rate diferite, deoarece rata de autodescărcare variază în funcție de gradientul de temperatură: o creștere cu 10°C a temperaturii bateriei deja dublează rata de autodescărcare. Cu toate acestea, echilibrarea activă a sarcinii poate readuce celulele la echilibru, chiar dacă sunt în repaus. Totuși, această tehnică are circuite complexe, ceea ce crește costul general al sistemului. Prin urmare, echilibrarea activă a celulelor este potrivită pentru aplicații de putere mare. Există diverse topologii de circuite de echilibrare activă clasificate în funcție de componentele de stocare a energiei, cum ar fi condensatoare, inductoare/transformatoare și convertoare electronice. Per total, sistemul activ de gestionare a bateriei reduce costul total al pachetului de baterii LiFePo4, deoarece nu necesită supradimensionarea celulelor pentru a compensa dispersia și îmbătrânirea neuniformă a bateriilor LiFePo4. Gestionarea activă a bateriei devine critică atunci când celulele vechi sunt înlocuite cu celule noi și există variații semnificative în cadrul pachetului de baterii LiFePo4. Deoarece sistemele active de gestionare a bateriei permit instalarea de celule cu variații mari ale parametrilor în pachetele de baterii LiFePo4, randamentele producției cresc, în timp ce costurile de garanție și întreținere scad. Prin urmare, sistemele active de gestionare a bateriei îmbunătățesc performanța, fiabilitatea și siguranța pachetului de baterii, contribuind în același timp la reducerea costurilor. Rezuma Pentru a minimiza efectele deviației tensiunii celulelor, dezechilibrele trebuie moderate corespunzător. Scopul oricărei soluții de echilibrare este de a permite pachetului de baterii LiFePo4 să funcționeze la nivelul de performanță dorit și de a-i extinde capacitatea disponibilă. Echilibrarea bateriei nu este importantă doar pentru îmbunătățirea performanței șiciclul de viață al bateriilor, adaugă și un factor de siguranță pachetului de baterii LiFePo4. Una dintre tehnologiile emergente pentru îmbunătățirea siguranței bateriei și prelungirea duratei de viață a acesteia. Deoarece noua tehnologie de echilibrare a bateriei urmărește cantitatea de echilibrare necesară pentru celulele LiFePo4 individuale, aceasta prelungește durata de viață a pachetului de baterii LiFePo4 și îmbunătățește siguranța generală a bateriei.
Data publicării: 08 mai 2024