Как балансировка ячеек продлевает срок службы аккумуляторной батареи LifePo4?

Когда устройствам требуется долговечная и высокопроизводительнаяАккумулятор LifePo4, им необходимо сбалансировать каждую ячейку. Почему аккумулятору LifePo4 необходима балансировка батареи? Аккумуляторы LifePo4 подвержены многим характеристикам, таким как перенапряжение, пониженное напряжение, ток перезарядки и разрядки, тепловой разгон и дисбаланс напряжения аккумулятора. Одним из наиболее важных факторов является дисбаланс ячеек, который со временем изменяет напряжение каждой ячейки в блоке, тем самым быстро снижая емкость аккумулятора. Когда аккумуляторный блок LifePo4 предназначен для использования нескольких ячеек последовательно, важно спроектировать электрические характеристики для последовательной балансировки напряжений ячеек. Это необходимо не только для производительности аккумуляторного блока, но и для оптимизации жизненного цикла. Необходимость доктрины заключается в том, что балансировка аккумулятора происходит до и после сборки аккумулятора и должна выполняться на протяжении всего жизненного цикла аккумулятора, чтобы поддерживать оптимальную производительность аккумулятора! Использование балансировки батареи позволяет нам проектировать батареи с более высокой емкостью для приложений, поскольку балансировка позволяет батарее достигать более высокого состояния заряда (SOC). Вы можете представить себе последовательное соединение множества ячеек LifePo4, как если бы вы тянули сани со многими ездовыми собаками. Сани можно тянуть с максимальной эффективностью только в том случае, если все ездовые собаки движутся с одинаковой скоростью. При наличии четырех ездовых собак, если одна ездовая собака бежит медленно, то остальные три ездовые собаки также должны снизить свою скорость, тем самым снижая эффективность, а если одна ездовая собака бежит быстрее, то она в конечном итоге будет тянуть груз других трех ездовых собак и причинять себе вред. Поэтому, когда несколько ячеек LifePo4 соединены последовательно, значения напряжения всех ячеек должны быть равны, чтобы получить более эффективную батарею LifePo4. Номинальное напряжение батареи LifePo4 составляет всего около 3,2 В, но вдомашние системы хранения энергии, портативные источники питания, промышленные, телекоммуникационные, электромобили и микросетевые приложения, нам нужно напряжение намного выше номинального. В последние годы перезаряжаемые батареи LifePo4 играют важную роль в силовых батареях и системах хранения энергии благодаря их малому весу, высокой плотности энергии, длительному сроку службы, большой емкости, быстрой зарядке, низкому уровню саморазряда и экологичности. Балансировка ячеек гарантирует, что напряжение и емкость каждой ячейки LifePo4 находятся на одинаковом уровне, в противном случае диапазон и срок службы аккумуляторной батареи LiFePo4 будут значительно сокращены, а производительность батареи ухудшится! Поэтому балансировка ячеек LifePo4 является одним из важнейших факторов, определяющих качество батареи. Во время работы будет возникать небольшой разрыв напряжения, но мы можем удерживать его в приемлемом диапазоне с помощью балансировки ячеек. Во время балансировки ячейки с большей емкостью проходят полный цикл заряда/разряда. Без балансировки ячейки с самой низкой емкостью является слабым звеном. Балансировка ячеек является одной из основных функций BMS, наряду с контролем температуры, зарядкой и другими функциями, которые помогают максимально продлить срок службы батареи. Другие причины балансировки батареи： LifePo4 аккумуляторная батарея pcak неполное использование энергии Потребление большего тока, чем рассчитано на аккумулятор, или замыкание аккумулятора, скорее всего, приведет к преждевременному выходу аккумулятора из строя. Когда аккумулятор LifePo4 разряжается, более слабые элементы будут разряжаться быстрее здоровых элементов и достигнут минимального напряжения быстрее других элементов. Когда элемент достигает минимального напряжения, весь аккумулятор также отключается от нагрузки. Это приводит к неиспользованию емкости энергии аккумулятора. Деградация клеток Когда ячейка LifePo4 перезаряжена даже немного сверх рекомендуемого значения, эффективность и срок службы ячейки снижаются. Например, незначительное увеличение напряжения зарядки с 3,2 В до 3,25 В разрушит батарею на 30% быстрее. Поэтому, если балансировка ячеек неточная, даже незначительная перезарядка сократит срок службы батареи. Неполная зарядка аккумуляторной батареи Аккумуляторы LifePo4 оплачиваются при постоянном токе в диапазоне от 0,5 до 1,0. Напряжение аккумулятора LifePo4 растет по мере того, как зарядка достигает пика, когда полностью оплачивается, после чего последовательно падает. Представьте себе три ячейки с 85 Ач, 86 Ач и 87 Ач соответственно и 100-процентным SoC, и все ячейки после этого освобождаются, а их SoC уменьшается. Вы можете быстро обнаружить, что ячейка 1 оказывается первой, у которой заканчивается энергия, поскольку у нее самая низкая емкость. Когда питание подается на ячейки, а также то же самое существующее протекает через ячейки, ячейка 1 снова зависает во время зарядки и может считаться полностью заряженной, поскольку другие две ячейки полностью заряжены. Это означает, что ячейки 1 имеют пониженную кулонометрическую эффективность (CE) из-за саморазогрева ячейки, что приводит к неравенству ячеек. Тепловой разгон Самое ужасное, что может произойти, это тепловой разгон. Как мы понимаем,литиевые элементыочень чувствительны к перезарядке, а также к чрезмерной разрядке. В пакете из 4 ячеек, если одна ячейка имеет напряжение 3,5 В, а другие — 3,2 В, заряд, безусловно, будет заряжать все ячейки вместе, поскольку они соединены последовательно, а также он будет заряжать ячейку 3,5 В до более высокого напряжения, чем рекомендовано, поскольку другие батареи все еще нуждаются в зарядке. Это приводит к тепловому разгону, когда цена внутреннего тепловыделения превышает скорость, с которой тепло может быть отдано. Это приводит к тому, что аккумуляторная батарея LifePo4 становится термически неконтролируемой. Что приводит к разбалансировке ячеек в аккумуляторных батареях? Теперь мы понимаем, почему важно поддерживать балансировку всех ячеек в аккумуляторной батарее. Однако для того, чтобы правильно решить эту проблему, мы должны знать, почему ячейки становятся несбалансированными из первых рук. Как уже говорилось ранее, когда аккумуляторная батарея создается путем последовательного размещения ячеек, это гарантирует, что все ячейки остаются на тех же уровнях напряжения. Таким образом, новая аккумуляторная батарея всегда будет иметь фактически сбалансированные ячейки. Однако по мере того, как батарея вводится в эксплуатацию, ячейки выходят из равновесия из-за соответствующих факторов. Несоответствие SOC Измерение SOC ячейки является сложным; следовательно, очень сложно оценить SOC конкретных ячеек в батарее. Оптимальный метод гармонизации ячеек должен соответствовать ячейкам с одинаковым SOC, а не с точно такими же степенями напряжения (OCV). Но поскольку практически невозможно, чтобы ячейки были сопоставлены только по напряжению при изготовлении пакета, вариант в SOC может привести к изменению OCV со временем. Вариант внутреннего сопротивления Крайне сложно найти ячейки с одинаковым внутренним сопротивлением (IR), и по мере старения батареи IR ячейки дополнительно изменяется, а также, следовательно, в аккумуляторной батарее не все ячейки будут иметь одинаковое IR. Как мы понимаем, IR добавляется к внутренней невосприимчивости ячейки, которая определяет ток, протекающий через ячейку. Поскольку IR изменяется, ток через ячейку, а также ее напряжение также становятся разными. Уровень температуры Способность ячейки к подсчету и разрядке также зависит от температуры вокруг нее. В значительном аккумуляторном блоке, таком как электромобили или солнечные батареи, ячейки распределены по области отходов, и может быть разница температур внутри самого блока, заставляя одну ячейку заряжаться или разряжаться быстрее, чем остальные ячейки, вызывая неравенство. Из вышеперечисленных факторов ясно, что мы не можем предотвратить дисбаланс клеток в ходе процедуры. Поэтому единственным средством является использование внешней системы, которая требует, чтобы клетки снова стали сбалансированными после того, как они стали несбалансированными. Эта система называется системой балансировки батареи. Как добиться балансировки аккумуляторной батареи LiFePo4? Система управления аккумуляторными батареями (BMS) Обычно аккумуляторная батарея LiFePo4 не может сама по себе обеспечить балансировку батареи, этого можно добитьсясистема управления аккумулятором(BMS). Производитель аккумулятора интегрирует функцию балансировки аккумулятора и другие функции защиты, такие как защита от перенапряжения при заряде, индикатор SOC, сигнализация/защита от перегрева и т. д. на этой плате BMS. Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов с функцией балансировки Также известное как «балансное зарядное устройство», зарядное устройство объединяет функцию балансировки для поддержки различных аккумуляторов с разным количеством рядов (например, 1~6S). Даже если у вашего аккумулятора нет платы BMS, вы можете заряжать литий-ионный аккумулятор с помощью этого зарядного устройства для достижения балансировки. Балансировочная доска При использовании сбалансированного зарядного устройства для аккумуляторов необходимо также подключить зарядное устройство и аккумулятор к плате балансировки, выбрав на ней определенный разъем. Модуль защитной цепи (PCM) Плата PCM представляет собой электронную плату, которая подключается к аккумуляторной батарее LiFePo4, и ее основная функция — защита батареи и пользователя от неисправностей. Для обеспечения безопасного использования батарея LiFePo4 должна работать при очень строгих параметрах напряжения. В зависимости от производителя батареи и химии этот параметр напряжения варьируется от 3,2 В на ячейку для разряженных батарей до 3,65 В на ячейку для перезаряжаемых батарей. Плата PCM контролирует эти параметры напряжения и отключает батарею от нагрузки или зарядного устройства, если они превышены. В случае одной батареи LiFePo4 или нескольких батарей LiFePo4, соединенных параллельно, это легко осуществить, поскольку плата PCM контролирует индивидуальные напряжения. Однако, когда несколько батарей соединены последовательно, плата PCM должна контролировать напряжение каждой батареи. Типы балансировки аккумулятора Для аккумуляторной батареи LiFePo4 разработаны различные алгоритмы балансировки батареи. Они делятся на пассивные и активные методы балансировки батареи на основе напряжения батареи и SOC. Пассивная балансировка батареи Пассивная технология балансировки батареи отделяет избыточный заряд от полностью заряженной батареи LiFePo4 через резистивные элементы и дает всем ячейкам заряд, аналогичный самому низкому заряду батареи LiFePo4. Эта технология более надежна и использует меньше компонентов, что снижает общую стоимость системы. Однако технология снижает эффективность системы, поскольку энергия рассеивается в виде тепла, что приводит к потере энергии. Поэтому эта технология подходит для маломощных приложений. Активная балансировка батареи Активная балансировка заряда — это решение проблем, связанных с батареями LiFePo4. Активная технология балансировки ячеек разряжает заряд из батареи LiFePo4 с большей энергией и переносит его в батарею LiFePo4 с меньшей энергией. По сравнению с технологией пассивной балансировки ячеек эта технология экономит энергию в модуле батареи LiFePo4, тем самым повышая эффективность системы, и требует меньше времени для балансировки между ячейками батареи LiFePo4, что позволяет использовать более высокие токи зарядки. Даже когда батарея LiFePo4 находится в состоянии покоя, даже идеально подобранные батареи LiFePo4 теряют заряд с разной скоростью, поскольку скорость саморазряда варьируется в зависимости от градиента температуры: повышение температуры батареи на 10 °C уже удваивает скорость саморазряда. Однако активная балансировка заряда может восстановить равновесие ячеек, даже если они находятся в состоянии покоя. Однако эта технология имеет сложную схему, что увеличивает общую стоимость системы. Поэтому активная балансировка ячеек подходит для приложений с высокой мощностью. Существуют различные топологии схем активной балансировки, классифицированные в зависимости от компонентов накопления энергии, таких как конденсаторы, индукторы/трансформаторы и электронные преобразователи. В целом, система активного управления аккумулятором снижает общую стоимость аккумуляторной батареи LiFePo4, поскольку не требует увеличения размера ячеек для компенсации дисперсии и неравномерного старения среди батарей LiFePo4. Активное управление аккумулятором становится критически важным, когда старые ячейки заменяются новыми, и в аккумуляторной батарее LiFePo4 наблюдается значительная вариация. Поскольку системы активного управления аккумулятором позволяют устанавливать ячейки с большими вариациями параметров в аккумуляторные батареи LiFePo4, производительность увеличивается, а гарантийные и эксплуатационные расходы снижаются. Таким образом, системы активного управления аккумулятором повышают производительность, надежность и безопасность аккумуляторной батареи, одновременно помогая снизить затраты. Подвести итог Чтобы минимизировать влияние дрейфа напряжения ячейки, дисбалансы должны быть надлежащим образом смягчены. Целью любого балансировочного решения является обеспечение работы аккумуляторной батареи LiFePo4 на предполагаемом уровне производительности и расширение ее доступной емкости. Балансировка батареи важна не только для улучшения производительности ижизненный цикл батарей, он также добавляет фактор безопасности к LiFePo4battery pack. Одна из новых технологий для повышения безопасности аккумуляторов и продления срока службы аккумуляторов. Поскольку новая технология балансировки аккумуляторов отслеживает объем балансировки, необходимый для отдельных ячеек LiFePo4, она продлевает срок службы LiFePo4-аккумулятора и повышает общую безопасность аккумуляторов.