Ko naprave potrebujejo dolgotrajno, visoko zmogljivoBaterija LifePo4, morajo uravnotežiti vsako celico. 
Zakaj je za baterijski paket LifePo4 potrebno uravnoteženje baterije? Baterije LifePo4 so podvržene številnim značilnostim, kot so prenapetost, prenizka napetost, tok preobremenitve in praznjenja, toplotni odklon in neravnovesje napetosti baterije. Eden najpomembnejših dejavnikov je neravnovesje celic, ki sčasoma spreminja napetost vsake celice v paketu, s čimer se hitro zmanjša kapaciteta baterije. Ko je baterijski paket LifePo4 zasnovan za uporabo več celic v seriji, je pomembno, da se električne značilnosti zasnujejo tako, da se napetosti celic dosledno uravnotežijo. To ni potrebno le za delovanje baterijskega paketa, temveč tudi za optimizacijo življenjskega cikla. Potreba po doktrini je, da se uravnoteženje baterij izvede pred in po izdelavi baterije ter ga je treba izvajati skozi celoten življenjski cikel baterije, da se ohrani optimalna zmogljivost baterije! Uporaba uravnoteženja baterij nam omogoča, da zasnujemo baterije z večjo kapaciteto za različne aplikacije, saj uravnoteženje omogoča bateriji, da doseže višje stanje napolnjenosti (SOC). Predstavljajte si lahko, da bi več celic LifePo4 povezali zaporedno, kot če bi vlekli sani z več vlečnimi psi. Sani je mogoče vleči z največjo učinkovitostjo le, če vse vlečne sani tečejo z enako hitrostjo. Pri štirih vlečnih psih, če eden teče počasi, morajo tudi ostali trije zmanjšati svojo hitrost, s čimer se zmanjša učinkovitost, in če eden teče hitreje, bo na koncu vlekel breme ostalih treh vlečnih psov in se poškodoval. Zato morajo biti pri zaporedni povezavi več celic LifePo4 napetosti vseh celic enake, da se doseže učinkovitejši baterijski sklop LifePo4. 
Nominalna napetost baterije LifePo4 je le približno 3,2 V, vendar vsistemi za shranjevanje energije v domu, prenosni napajalniki, industrijske, telekomunikacijske, električne avtomobilske in mikro omrežne aplikacije potrebujemo precej višjo napetost od nazivne. V zadnjih letih so polnilne baterije LifePo4 igrale ključno vlogo v baterijah in sistemih za shranjevanje energije zaradi svoje majhne teže, visoke energijske gostote, dolge življenjske dobe, visoke zmogljivosti, hitrega polnjenja, nizke stopnje samopraznjenja in okolju prijaznosti. Uravnoteženje celic zagotavlja, da sta napetost in zmogljivost vsake celice LifePo4 na enaki ravni, sicer se bosta doseg in življenjska doba baterijskega sklopa LiFePo4 močno zmanjšala, zmogljivost baterije pa se bo poslabšala! Zato je uravnoteženje celic LifePo4 eden najpomembnejših dejavnikov pri določanju kakovosti baterije. Med delovanjem se bo pojavila majhna vrzel v napetosti, vendar jo lahko z uravnoteženjem celic ohranimo v sprejemljivem območju. Med uravnoteženjem celice z večjo kapaciteto opravijo celoten cikel polnjenja/praznjenja. Brez uravnoteženja celic je celica z najpočasno kapaciteto šibka točka. Uravnoteženje celic je ena od ključnih funkcij sistema BMS, skupaj s spremljanjem temperature, polnjenjem in drugimi funkcijami, ki pomagajo podaljšati življenjsko dobo baterije. Drugi razlogi za uravnoteženje baterije: Nepopolna poraba energije baterij LifePo4 Če baterija absorbira več toka, kot je predvideno, ali če povzroči kratek stik, bo to najverjetneje povzročilo prezgodnjo odpoved baterije. Ko se baterijski sklop LifePo4 prazni, se šibkejše celice praznijo hitreje kot zdrave celice in dosežejo minimalno napetost hitreje kot druge celice. Ko celica doseže minimalno napetost, se celoten baterijski sklop odklopi od bremena. To povzroči neizkoriščeno kapaciteto energije baterijskega sklopa. Razgradnja celic Ko je celica LifePo4 prenapolnjena, tudi če je le malo nad priporočeno vrednostjo, se učinkovitost in življenjska doba celice zmanjšata. Na primer, že majhno povečanje polnilne napetosti s 3,2 V na 3,25 V bo baterijo hitreje izpraznilo za 30 %. Če torej uravnoteženje celic ni pravilno, bo tudi manjše prenapolnjenje skrajšalo življenjsko dobo baterije. Nepopolno polnjenje polnilne baterije Baterije LifePo4 se polnijo s stalnim tokom med 0,5 in 1,0 V. Napetost baterije LifePo4 se med polnjenjem povečuje in doseže vrhunec, ko se popolnoma napolni, nato pa pade. Predstavljajte si tri celice z 85 Ah, 86 Ah in 87 Ah ter 100-odstotnim SoC, vse celice pa se nato izpraznijo in njihov SoC se zmanjša. Hitro lahko ugotovite, da celica 1 prva izprazni energijo, saj ima najnižjo zmogljivost. Ko so celični paketi napajani in ista elektrika teče skozi celice, se celica 1 med polnjenjem zadrži in se lahko šteje za popolnoma napolnjeno, saj sta drugi dve celici popolnoma napolnjeni. To pomeni, da ima celica 1 nižjo kulometrično učinkovitost (CE) zaradi lastnega segrevanja celice, kar povzroči neenakomernost celic. Termični pobeg Najhujša stvar, ki se lahko zgodi, je termični pobeg. Kot vemolitijeve celiceSo zelo občutljive na prekomerno polnjenje in prekomerno praznjenje. V paketu štirih celic, če je ena celica 3,5 V, druge pa 3,2 V, bo polnjenje zagotovo napolnilo vse celice skupaj, ker so zaporedno povezane, in bo 3,5 V celico napolnilo z višjo napetostjo od priporočene, ker je treba druge baterije še vedno polniti. To vodi do toplotnega pobega, ko stopnja notranjega sproščanja toplote preseže hitrost, s katero se toplota lahko sprosti. Zaradi tega baterija LifePo4 postane toplotno neuravnotežena. Kaj sproži neravnovesje celic v baterijskih paketih? Zdaj razumemo, zakaj je ohranjanje ravnovesja vseh celic v baterijskem sklopu bistveno. Da pa bi se s problemom ustrezno spopadli, moramo iz prve roke vedeti, zakaj celice postanejo neuravnotežene. Kot smo že omenili, ko je baterijski sklop sestavljen z zaporedno vezavo celic, se zagotovi, da vse celice ostanejo na enakih napetostnih ravneh. Tako bo nov baterijski sklop vedno imel dejansko uravnotežene celice. Ko pa se baterijski sklop začne uporabljati, celice zaradi različnih dejavnikov postanejo neuravnotežene. Neskladje SOC Merjenje napolnjenosti celice je zapleteno, zato je zelo zapleteno izmeriti napolnjenost določenih celic v bateriji. Optimalna metoda usklajevanja celic bi morala ustrezati celicam z enakim napolnjenostjo namesto z popolnoma enako napetostjo (OCV). Ker pa je skoraj nemogoče, da bi se celice pri izdelavi paketa ujemale le po napetosti, lahko sprememba napolnjenosti sčasoma povzroči spremembo OCV. Različica notranjega upora Izjemno težko je najti celice z enako notranjo upornostjo (IR), in ko se baterija stara, se IR celice dodatno spremeni, zato v baterijskem paketu ne bodo imele vse celice enake IR. Kot vemo, IR prispeva k notranji odpornosti celice, ki določa tok, ki teče skozi celico. Ker se IR spreminja, se spreminjata tudi tok skozi celico in njena napetost. Raven temperature Zmogljivost polnjenja in sproščanja celice je odvisna tudi od temperature okoli nje. V večjih baterijskih sklopih, kot so električna vozila ali sončne celice, so celice razporejene po območju odpadkov in med samimi sklopi lahko pride do temperaturne razlike, zaradi česar se ena celica polni ali prazni hitreje kot preostale celice, kar povzroča neenakost. Iz zgornjih dejavnikov je jasno, da ne moremo preprečiti, da bi celice med postopkom postale neuravnotežene. Zato je edina rešitev uporaba zunanjega sistema, ki zahteva, da se celice ponovno uravnotežijo, ko postanejo neuravnotežene. Ta sistem se imenuje sistem za uravnoteženje baterij. 
Kako doseči ravnovesje LiFePo4 baterijskega paketa? Sistem za upravljanje baterij (BMS) Na splošno LiFePo4 baterijski paket ne more sam doseči uravnoteženja baterije, to je mogoče doseči zsistem za upravljanje baterij(BMS). Proizvajalec baterij bo na to ploščo BMS integriral funkcijo uravnoteženja baterij in druge zaščitne funkcije, kot so zaščita pred prenapetostjo polnjenja, indikator napolnjenosti (SOC), alarm/zaščita pred previsoko temperaturo itd. Polnilnik litij-ionskih baterij s funkcijo uravnoteženja Znan tudi kot »polnilnik za uravnoteženje baterij«, ima polnilnik funkcijo uravnoteženja za podporo različnim baterijam z različnim številom nizov (npr. 1~6S). Tudi če vaša baterija nima plošče BMS, lahko s tem polnilnikom polnite svojo litij-ionsko baterijo in dosežete uravnoteženje. Uravnoteževalni odbor Ko uporabljate uravnotežen polnilnik baterij, morate polnilnik in baterijo priključiti tudi na uravnoteženo ploščo tako, da na uravnoteženi plošči izberete posebno vtičnico. Modul zaščitnega vezja (PCM) Plošča PCM je elektronska plošča, ki je priključena na LiFePo4 baterijski sklop, njena glavna funkcija pa je zaščita baterije in uporabnika pred okvaro. Za zagotovitev varne uporabe mora LiFePo4 baterija delovati pod zelo strogimi napetostnimi parametri. Odvisno od proizvajalca baterije in kemijske sestave se ta napetostni parameter giblje med 3,2 V na celico za prazne baterije in 3,65 V na celico za polnilne baterije. Plošča PCM spremlja te napetostne parametre in odklopi baterijo od obremenitve ali polnilnika, če so preseženi. V primeru ene same LiFePo4 baterije ali več vzporedno povezanih LiFePo4 baterij je to enostavno doseči, ker plošča PCM spremlja posamezne napetosti. Ko pa je več baterij povezanih zaporedno, mora plošča PCM spremljati napetost vsake baterije. Vrste uravnoteženja baterij Za LiFePo4 baterijski sklop so bili razviti različni algoritmi za uravnoteženje baterij. Razdeljeni so na pasivne in aktivne metode uravnoteženja baterij, ki temeljijo na napetosti baterije in stanju napolnjenosti (SOC). 
Pasivno uravnoteženje baterij Tehnika pasivnega uravnoteženja baterij loči odvečno napolnjenost iz popolnoma napolnjene LiFePo4 baterije s pomočjo uporovnih elementov in vsem celicam zagotovi podobno napolnjenost kot pri najnižji napolnjenosti LiFePo4 baterije. Ta tehnika je zanesljivejša in uporablja manj komponent, s čimer se zmanjšajo skupni stroški sistema. Vendar pa tehnologija zmanjšuje učinkovitost sistema, saj se energija razprši v obliki toplote, kar povzroča izgubo energije. Zato je ta tehnologija primerna za aplikacije z nizko porabo energije. 
Aktivno uravnoteženje baterije Aktivno uravnoteženje polnjenja je rešitev za izzive, povezane z LiFePo4 baterijami. Tehnika aktivnega uravnoteženja celic izprazni naboj iz LiFePo4 baterije z višjo energijo in ga prenese na LiFePo4 baterijo z nižjo energijo. V primerjavi s tehnologijo pasivnega uravnoteženja celic ta tehnika prihrani energijo v LiFePo4 baterijskem modulu, s čimer poveča učinkovitost sistema in zahteva manj časa za uravnoteženje med celicami LiFePo4 baterijskega paketa, kar omogoča višje polnilne tokove. Tudi ko je LiFePo4 baterijski paket v mirovanju, tudi popolnoma usklajene LiFePo4 baterije izgubljajo naboj z različnimi hitrostmi, ker se stopnja samopraznjenja razlikuje glede na temperaturni gradient: zvišanje temperature baterije za 10 °C že podvoji stopnjo samopraznjenja. Vendar pa lahko aktivno uravnoteženje polnjenja celice povrne v ravnovesje, tudi če so v mirovanju. Vendar ima ta tehnika kompleksno vezje, kar poveča skupne stroške sistema. Zato je aktivno uravnoteženje celic primerno za aplikacije z visoko močjo. Obstajajo različne topologije vezij za aktivno uravnoteženje, razvrščene glede na komponente za shranjevanje energije, kot so kondenzatorji, induktorji/transformatorji in elektronski pretvorniki. Na splošno aktivni sistem upravljanja baterij zmanjša skupne stroške LiFePo4 baterijskega sklopa, ker ne zahteva prevelikega dimenzioniranja celic za kompenzacijo razpršenosti in neenakomernega staranja med LiFePo4 baterijami. Aktivno upravljanje baterij postane ključnega pomena, ko se stare celice zamenjajo z novimi in ko pride do znatnih odstopanj znotraj LiFePo4 baterijskega sklopa. Ker aktivni sistemi upravljanja baterij omogočajo namestitev celic z velikimi odstopanji parametrov v LiFePo4 baterijske sklope, se proizvodni izkoristek poveča, stroški garancije in vzdrževanja pa se zmanjšajo. Zato aktivni sistemi upravljanja baterij koristijo zmogljivosti, zanesljivosti in varnosti baterijskega sklopa, hkrati pa pomagajo zmanjšati stroške. Povzemi Da bi čim bolj zmanjšali učinke nihanja napetosti celic, je treba neravnovesja ustrezno uravnavati. Cilj vsake rešitve za uravnoteženje je omogočiti delovanje LiFePo4 baterijskega sklopa na predvideni ravni zmogljivosti in povečati njegovo razpoložljivo kapaciteto. Uravnoteženje baterije ni pomembno le za izboljšanje zmogljivosti inživljenjski cikel baterij, prav tako doda varnostni faktor baterijskemu paketu LiFePo4. Ena od novih tehnologij za izboljšanje varnosti baterij in podaljšanje njihove življenjske dobe. Ker nova tehnologija uravnoteženja baterij sledi količini uravnoteženja, ki je potrebna za posamezne celice LiFePo4, podaljša življenjsko dobo baterijskega paketa LiFePo4 in izboljša splošno varnost baterije.
Čas objave: 8. maj 2024