Keď zariadenia potrebujú dlhotrvajúci a vysoký výkonBatériový blok LifePo4, potrebujú vyvážiť každú bunku. 
Prečo je potrebné vyvažovanie batérie LifePo4? Batérie LifePo4 sú vystavené mnohým charakteristikám, ako je prepätie, podpätie, prúd prebitia a vybitia, tepelný únik a nerovnováha napätia batérie. Jedným z najdôležitejších faktorov je nerovnováha článkov, ktorá časom mení napätie každého článku v batérii, čím sa rýchlo znižuje kapacita batérie. Keď je batéria LifePo4 navrhnutá na použitie viacerých článkov zapojených do série, je dôležité navrhnúť elektrické charakteristiky tak, aby sa konzistentne vyvažovalo napätie článkov. To nie je len pre výkon batérie, ale aj pre optimalizáciu životného cyklu. Potreba doktríny spočíva v tom, že vyvažovanie batérie sa vykonáva pred a po jej zostavení a musí sa vykonávať počas celej jej životnosti, aby sa udržal optimálny výkon! Použitie vyvažovania batérií nám umožňuje navrhovať batérie s vyššou kapacitou pre rôzne aplikácie, pretože vyvažovanie umožňuje batérii dosiahnuť vyšší stav nabitia (SOC). Zapojenie mnohých článkov LifePo4 do série si môžete predstaviť, akoby ste ťahali sane s mnohými psími záprahmi. Sane je možné ťahať s maximálnou účinnosťou iba vtedy, ak všetky psy bežia rovnakou rýchlosťou. Pri štyroch psoch, ak jeden psík beží pomaly, musia aj ostatné tri psy znížiť svoju rýchlosť, čím sa znižuje účinnosť, a ak jeden psík beží rýchlejšie, nakoniec potiahne záťaž ostatných troch psíkov a poškodí sa. Preto, keď je viacero článkov LifePo4 zapojených do série, hodnoty napätia všetkých článkov by mali byť rovnaké, aby sa dosiahla efektívnejšia batéria LifePo4. 
Nominálne napätie batérie LifePo4 je iba približne 3,2 V, ale vsystémy na uskladnenie energie v domácnostiach, prenosné zdroje napájania, priemyselné, telekomunikačné, elektrické vozidlá a mikrosiete, potrebujeme oveľa vyššie napätie ako je nominálne. V posledných rokoch zohrali nabíjateľné batérie LifePo4 kľúčovú úlohu v batériách a systémoch skladovania energie vďaka svojej nízkej hmotnosti, vysokej hustote energie, dlhej životnosti, vysokej kapacite, rýchlemu nabíjaniu, nízkej úrovni samovybíjania a šetrnosti k životnému prostrediu. Vyvažovanie článkov zabezpečuje, že napätie a kapacita každého článku LifePo4 sú na rovnakej úrovni, inak sa dosah a životnosť batérie LiFePo4 výrazne znížia a výkon batérie sa zhorší! Preto je vyváženie článkov LifePo4 jedným z najdôležitejších faktorov pri určovaní kvality batérie. Počas prevádzky sa môže vyskytnúť malý rozdiel napätia, ale pomocou vyváženia článkov ho môžeme udržať v prijateľnom rozsahu. Počas vyvažovania články s vyššou kapacitou absolvujú úplný cyklus nabitia/vybitia. Bez vyvažovania článkov je článok s najpomalšou kapacitou slabým bodom. Vyvažovanie článkov je jednou z hlavných funkcií systému BMS, spolu s monitorovaním teploty, nabíjaním a ďalšími funkciami, ktoré pomáhajú maximalizovať životnosť batérie. Ďalšie dôvody pre vyvažovanie batérie: Neúplné využitie energie batérie LifePo4 Absorbovanie väčšieho prúdu, ako je batéria určená, alebo skratovanie batérie s najväčšou pravdepodobnosťou spôsobí predčasné zlyhanie batérie. Keď sa batériový blok LifePo4 vybíja, slabšie články sa vybíjajú rýchlejšie ako zdravé články a dosiahnu minimálne napätie rýchlejšie ako ostatné články. Keď článok dosiahne minimálne napätie, celý batériový blok sa tiež odpojí od záťaže. To má za následok nevyužitú kapacitu energie batériového bloku. Degradácia buniek Keď je článok LifePo4 prebitý, čo i len mierne nad svoju odporúčanú hodnotu, účinnosť a životnosť článku sa zníži. Napríklad malé zvýšenie nabíjacieho napätia z 3,2 V na 3,25 V vybije batériu rýchlejšie o 30 %. Takže ak nie je vyváženie článkov presné, aj malé prebitie skráti životnosť batérie. Neúplné nabitie batérie Batérie LifePo4 sa nabíjajú nepretržitým prúdom medzi 0,5 a 1,0 V. Napätie batérie LifePo4 sa s postupným nabíjaním zvyšuje a vrcholí, keď sa úplne nabije, a potom klesá. Predstavte si tri články s 85 Ah, 86 Ah a 87 Ah a 100-percentným SoC. Všetky články sa potom vybijú a ich SoC klesá. Rýchlo zistíte, že článok 1 sa ako prvý vybije, pretože má najnižšiu kapacitu. Keď sa na články privedie napájanie a prúd prúdi cez ne, článok 1 sa počas nabíjania opäť zastaví a môže sa považovať za plne nabitý, pretože ostatné dva články sú úplne nabité. To znamená, že článok 1 má zníženú Coulometrickú účinnosť (CE) v dôsledku samoohrevu článku, čo vedie k nerovnomernému nabitiu článkov. Tepelný únik Najhorším bodom, ktorý sa môže stať, je tepelný únik. Ako viemelítiové článkySú veľmi citlivé na prebíjanie aj prebíjanie. V sade 4 článkov, ak je jeden článok 3,5 V, zatiaľ čo ostatné majú 3,2 V, nabíjanie určite nabije všetky články naraz, pretože sú zapojené sériovo, a tiež nabije 3,5 V článok na vyššie ako odporúčané napätie, pretože ostatné batérie je stále potrebné nabíjať. To vedie k tepelnému úniku, keď rýchlosť vnútorného vytvárania tepla prekročí rýchlosť, akou sa teplo môže uvoľňovať. To spôsobuje, že batéria LifePo4 sa stáva tepelne nekontrolovanou. Čo spúšťa nevyváženosť článkov v batériových zdrojoch? Teraz chápeme, prečo je dôležité udržiavať všetky články v batériovom zdroji vyvážené. Aby sme však problém správne riešili, musíme vedieť, prečo sa články stávajú nevyváženými. Ako už bolo spomenuté, keď sa batériový zdroj vytvorí sériovým zapojením článkov, je potrebné zabezpečiť, aby všetky články zostali na rovnakej úrovni napätia. Nový batériový zdroj bude mať teda vždy vyvážené články. Pri používaní sa však články v dôsledku rôznych faktorov vyvážia. Nezrovnalosť v SOC Meranie stavu nabitia (SOC) článku je zložité, a preto je veľmi zložité merať SOC konkrétnych článkov v batérii. Optimálna metóda harmonizácie článkov by mala zodpovedať článkom s rovnakým stavom nabitia (SOC) namiesto úplne rovnakých stupňov napätia (OCV). Keďže je však takmer nemožné, aby sa články pri výrobe batérie zhodovali iba na základe napätia, zmena SOC môže časom viesť k zmene OCV. Variant vnútorného odporu Je mimoriadne ťažké nájsť články s rovnakým vnútorným odporom (IR) a s pribúdajúcim vekom batérie sa IR článku navyše mení, a preto nie všetky články v batériovom zdroji budú mať rovnaký IR. Ako vieme, IR prispieva k vnútornej odolnosti článku, ktorá určuje prúd pretekajúci článkom. Keďže sa IR mení, mení sa aj prúd pretekajúci článkom a jeho napätie. Úroveň teploty Schopnosť nabíjania a vybíjania článku závisí aj od teploty okolo neho. Vo významných batériových blokoch, ako sú elektromobily alebo solárne panely, sú články rozmiestnené v odpadovej oblasti a medzi jednotlivými batériami môže existovať teplotný rozdiel, čo spôsobuje, že jeden článok sa nabíja alebo vybíja rýchlejšie ako ostatné články, čo spôsobuje nerovnomerné nabíjanie. Z vyššie uvedených faktorov je zrejmé, že počas procesu nemôžeme zabrániť nerovnováhe článkov. Jediným riešením je teda použitie externého systému, ktorý vyžaduje, aby sa články po ich nerovnováhe opäť vyvážili. Tento systém sa nazýva systém vyvažovania batérií. 
Ako dosiahnuť vyváženie batériového bloku LiFePo4? Systém správy batérií (BMS) Vo všeobecnosti LiFePo4 batéria nedokáže sama o sebe dosiahnuť vyváženie batérie, dá sa to dosiahnuť...systém správy batérií(BMS). Výrobca batérie integruje do tejto dosky BMS funkciu vyvažovania batérie a ďalšie ochranné funkcie, ako je ochrana proti prepätiu pri nabíjaní, indikátor nabitia (SOC), alarm/ochrana proti prehriatiu atď. Nabíjačka lítium-iónových batérií s funkciou vyvažovania Nabíjačka, známa aj ako „vyvažovacia nabíjačka batérií“, integruje funkciu vyváženia na podporu rôznych batérií s rôznym počtom reťazcov (napr. 1~6S). Aj keď vaša batéria nemá dosku BMS, môžete pomocou tejto nabíjačky nabíjať svoju lítium-iónovú batériu a dosiahnuť vyváženie. Vyvažovacia doska Ak používate vyváženú nabíjačku batérií, musíte tiež pripojiť nabíjačku a batériu k vyvažovacej doske výberom špecifickej zásuvky na vyvažovacej doske. Modul ochranného obvodu (PCM) Doska PCM je elektronická doska, ktorá je pripojená k batériovému zdroju LiFePo4 a jej hlavnou funkciou je chrániť batériu a používateľa pred poruchou. Pre zaistenie bezpečného používania musí batéria LiFePo4 pracovať s veľmi prísnymi parametrami napätia. V závislosti od výrobcu batérie a jej chemického zloženia sa tento parameter napätia pohybuje medzi 3,2 V na článok pre vybité batérie a 3,65 V na článok pre nabíjateľné batérie. Doska PCM monitoruje tieto parametre napätia a v prípade ich prekročenia odpojí batériu od záťaže alebo nabíjačky. V prípade jednej LiFePo4 batérie alebo viacerých LiFePo4 batérií zapojených paralelne sa to dá ľahko dosiahnuť, pretože doska PCM monitoruje jednotlivé napätia. Ak je však viacero batérií zapojených sériovo, doska PCM musí monitorovať napätie každej batérie. Typy vyvažovania batérií Pre LiFePo4 batérie boli vyvinuté rôzne algoritmy na vyvažovanie batérií. Delia sa na pasívne a aktívne metódy vyvažovania batérií na základe napätia batérie a stavu nabitia (SOC). 
Pasívne vyvažovanie batérie Technika pasívneho vyvažovania batérie oddeľuje prebytočný náboj z plne nabitej LiFePo4 batérie pomocou odporových prvkov a dáva všetkým článkom podobný náboj ako pri najnižšom nabití LiFePo4 batérie. Táto technika je spoľahlivejšia a používa menej komponentov, čím sa znižujú celkové náklady na systém. Technológia však znižuje účinnosť systému, pretože energia sa rozptyľuje vo forme tepla, ktoré generuje energetické straty. Preto je táto technológia vhodná pre aplikácie s nízkym výkonom. 
Aktívne vyvažovanie batérie Aktívne vyvažovanie náboja je riešením problémov spojených s LiFePo4 batériami. Technika aktívneho vyvažovania článkov vybíja náboj z LiFePo4 batérie s vyššou energiou a prenáša ho do LiFePo4 batérie s nižšou energiou. V porovnaní s technológiou pasívneho vyvažovania článkov táto technika šetrí energiu v LiFePo4 batériovom module, čím zvyšuje účinnosť systému a vyžaduje kratší čas na vyvažovanie medzi článkami LiFePo4 batériového bloku, čo umožňuje vyššie nabíjacie prúdy. Aj keď je LiFePo4 batériový blok v pokoji, aj dokonale zladené LiFePo4 batérie strácajú náboj rôznou rýchlosťou, pretože rýchlosť samovybíjania sa mení v závislosti od teplotného gradientu: zvýšenie teploty batérie o 10 °C už zdvojnásobuje rýchlosť samovybíjania. Aktívne vyvažovanie náboja však môže obnoviť rovnováhu článkov, aj keď sú v pokoji. Táto technika má však zložité obvody, čo zvyšuje celkové náklady systému. Preto je aktívne vyvažovanie článkov vhodné pre aplikácie s vysokým výkonom. Existujú rôzne topológie aktívnych vyvažovacích obvodov klasifikované podľa komponentov na ukladanie energie, ako sú kondenzátory, induktory/transformátory a elektronické meniče. Celkovo systém aktívnej správy batérií znižuje celkové náklady na LiFePo4 batérie, pretože nevyžaduje nadmerné dimenzovanie článkov na kompenzáciu rozptylu a nerovnomerného starnutia medzi LiFePo4 batériami. Aktívna správa batérií sa stáva kritickou, keď sa staré články nahrádzajú novými a v rámci LiFePo4 batérií dochádza k výrazným rozdielom. Keďže aktívne systémy správy batérií umožňujú inštalovať články s veľkými rozdielmi v parametroch LiFePo4 batérií, zvyšuje sa výnosnosť výroby a zároveň sa znižujú náklady na záruku a údržbu. Preto aktívne systémy správy batérií prospievajú výkonu, spoľahlivosti a bezpečnosti batérie a zároveň pomáhajú znižovať náklady. Zhrnúť Aby sa minimalizovali účinky driftu napätia článkov, musia byť nerovnováhy správne kompenzované. Cieľom akéhokoľvek vyvažovacieho riešenia je umožniť batériovému bloku LiFePo4 pracovať na zamýšľanej úrovni výkonu a rozšíriť jeho dostupnú kapacitu. Vyvažovanie batérie nie je dôležité len pre zlepšenie výkonu aživotný cyklus batérií, zároveň pridáva bezpečnostný faktor k batériám LiFePo4. Je to jedna z nových technológií na zlepšenie bezpečnosti batérií a predĺženie ich životnosti. Keďže nová technológia vyvažovania batérií sleduje množstvo vyvažovania potrebné pre jednotlivé články LiFePo4, predlžuje životnosť batérií LiFePo4 a zvyšuje celkovú bezpečnosť batérií.
Čas uverejnenia: 8. mája 2024