Када уређајима треба дуготрајан, висококвалитетан радLifePo4 батеријски пакет, потребно је да уравнотеже сваку ћелију. 
Зашто је потребно балансирање батерије LifePo4? ЛајфПо4 батерије су подложне многим карактеристикама као што су пренапон, поднапон, струја прекомерног пуњења и пражњења, термички бег и неравнотежа напона батерије. Један од најважнијих фактора је неравнотежа ћелија, која мења напон сваке ћелије у пакету током времена, чиме се брзо смањује капацитет батерије. Када је ЛајфПо4 батеријски пакет дизајниран да користи више ћелија у серији, важно је пројектовати електричне карактеристике како би се константно уравнотежили напони ћелија. Ово није само због перформанси батеријског пакета, већ и због оптимизације животног циклуса. Потреба за доктрином је да се балансирање батерије дешава пре и после изградње батерије и мора се обављати током целог животног циклуса батерије како би се одржале оптималне перформансе батерије! Употреба балансирања батерија нам омогућава да дизајнирамо батерије са већим капацитетом за различите примене, јер балансирање омогућава батерији да постигне више стање напуњености (SOC). Можете замислити повезивање више LifePo4 ћелија у серију као да вучете санке са много санки. Санке се могу вући са максималном ефикасношћу само ако све санке раде истом брзином. Са четири санке, ако једна санка ради споро, онда и остале три санке морају смањити брзину, чиме се смањује ефикасност, а ако једна санка ради брже, на крају ће повући терет остале три санке и повредити се. Стога, када је више LifePo4 ћелија повезано у серију, вредности напона свих ћелија треба да буду једнаке како би се добио ефикаснији LifePo4 батеријски пакет. 
Номинални напон LifePo4 батерије је само око 3,2 V, али усистеми за складиштење енергије у кући, преносиви извори напајања, индустријске, телекомуникационе, електричне возила и микромрежне примене, потребан нам је много већи напон од номиналног. Последњих година, пуњиве LifePo4 батерије су играле кључну улогу у батеријама и системима за складиштење енергије због своје мале тежине, високе густине енергије, дугог века трајања, великог капацитета, брзог пуњења, ниског нивоа самопражњења и еколошке прихватљивости. Балансирање ћелија осигурава да су напон и капацитет сваке LifePo4 ћелије на истом нивоу, у супротном ће се домет и век трајања LiFePo4 батеријског пакета значајно смањити, а перформансе батерије ће се деградирати! Стога је балансирање LifePo4 ћелија један од најважнијих фактора у одређивању квалитета батерије. Током рада, доћи ће до малог јаза напона, али га можемо одржати у прихватљивом опсегу помоћу балансирања ћелија. Током балансирања, ћелије већег капацитета пролазе кроз пуни циклус пуњења/пражњења. Без балансирања ћелија, ћелија са најспоријим капацитетом је слаба тачка. Балансирање ћелија је једна од основних функција BMS-а, заједно са праћењем температуре, пуњењем и другим функцијама које помажу у максимизирању века трајања батерије. Други разлози за балансирање батерије: Непотпуна потрошња енергије батерије LifePo4 Апсорбовање веће струје него што је батерија предвиђена или кратки спој батерије највероватније ће изазвати превремени квар батерије. Када се LifePo4 батеријски пакет празни, слабије ћелије ће се празнити брже од здравих ћелија и брже ће достићи минимални напон од осталих ћелија. Када ћелија достигне минимални напон, цео батеријски пакет се такође искључује из оптерећења. То резултира неискоришћеним капацитетом енергије батеријског пакета. Деградација ћелија Када се LifePo4 ћелија препуни чак и мало изнад препоручене вредности, ефикасност и век трајања ћелије се смањују. На пример, мало повећање напона пуњења са 3,2V на 3,25V ће брже испразнити батерију за 30%. Дакле, ако балансирање ћелија није тачно, и мало препуњавање ће скратити век трајања батерије. Непотпуно пуњење ћелијског пакета LifePo4 батерије се пуне континуираном струјом између 0,5 и 1,0 вольта. Напон LifePo4 батерије расте како пуњење наставља да би достигао врхунац када се потпуно напуни, а затим опада. Замислите три ћелије са 85 Ah, 86 Ah и 87 Ah респективно и 100% SoC-ом, и све ћелије се затим испражњавају и њихов SoC опада. Брзо ћете приметити да ћелија 1 прва остаје без енергије јер има најмањи капацитет. Када се напајање укључи на ћелијске пакете и иста енергија тече кроз ћелије, поново, ћелија 1 се задржава током пуњења и може се сматрати потпуно напуњеном јер су друге две ћелије потпуно напуњене. То значи да ћелијa 1 има смањену кулометријску ефикасност (CE) због самозагревања ћелије што доводи до неравномерности ћелија. Термално бекство Најстрашнија ствар која се може догодити је термички бег. Као што разумемолитијумске ћелијеВеома су осетљиве на прекомерно пуњење, као и на прекомерно пражњење. У пакету од 4 ћелије, ако је једна ћелија 3,5 V, док су друге 3,2 V, пуњење ће сигурно напунити све ћелије заједно јер су у серији и напуниће ћелију од 3,5 V на већи напон од препорученог јер остале батерије још увек треба пунити. Ово доводи до термичког бекства када брзина унутрашњег стварања топлоте премаши брзину којом се топлота може ослободити. Због тога LifePo4 батерија постаје термички неконтролисана. Шта изазива небаланс ћелија у батеријама? Сада разумемо зашто је одржавање свих ћелија уравнотеженим у батеријском пакету неопходно. Међутим, да бисмо правилно решили проблем, морамо из прве руке знати зашто ћелије постају неуравнотежене. Као што је раније речено, када се батеријски пакет прави постављањем ћелија у серију, осигурава се да све ћелије остану на истим нивоима напона. Дакле, нови батеријски пакет ће увек имати уравнотежене ћелије. Међутим, како се пакет ставља у употребу, ћелије излазе из равнотеже због следећих фактора. Неслагање SOC-а Мерење напуњености (SOC) ћелије је компликовано; стога је веома замршено измерити SOC специфичних ћелија у батерији. Оптимална метода хармонизације ћелија требало би да подудара ћелије истог SOC-а уместо потпуно истог напона (OCV). Али пошто је готово немогуће да се ћелије подударају само по напону приликом прављења пакета, варијација у SOC-у може временом довести до промене у OCV-у. Варијанта унутрашњег отпора Изузетно је тешко пронаћи ћелије истог унутрашњег отпора (IR), а како батерија стари, IR ћелије се додатно мења, па стога у батеријском пакету неће све ћелије имати исти IR. Као што разумемо, IR доприноси унутрашњој отпорности ћелије, што одређује струју која тече кроз ћелију. Пошто се IR мења, струја кроз ћелију, као и њен напон, такође се разликују. Ниво температуре Способност пуњења и пражњења ћелије такође зависи од температуре око ње. У значајним батеријским пакетима као што су електрична возила или соларни низови, ћелије су распоређене по простору за пражњење и може постојати температурна разлика између самих пакета, што доводи до тога да се једна ћелија пуни или празни брже од осталих ћелија, што узрокује неједнакост. Из горе наведених фактора, јасно је да не можемо спречити да ћелије постану неравнотежене током поступка. Дакле, једино решење је коришћење спољашњег система који захтева да се ћелије поново уравнотеже након што постану неравнотежене. Овај систем се назива систем за балансирање батерија. 
Како постићи равнотежу LiFePo4 батеријског пакета? Систем за управљање батеријама (BMS) Генерално, LiFePo4 батеријски пакет не може сам постићи балансирање батерије, то се може постићисистем за управљање батеријама(BMS). Произвођач батерија ће интегрисати функцију балансирања батерије и друге заштитне функције као што су заштита од пренапона пуњења, индикатор напуњености (SOC), аларм/заштита од прегревања итд. на овој BMS плочи. Пуњач за литијум-јонске батерије са функцијом балансирања Такође познат као „пунач за балансирање батерија“, пуњач интегрише функцију балансирања како би подржао различите батерије са различитим бројем низова (нпр. 1~6S). Чак и ако ваша батерија нема BMS плочу, можете пунити своју литијум-јонску батерију овим пуњачем батерија да бисте постигли балансирање. Балансирајући одбор Када користите балансирани пуњач батерија, морате такође повезати пуњач и батерију са балансирајућом плочом одабиром одређене утичнице са балансирајуће плоче. Модул заштитног кола (PCM) PCM плоча је електронска плоча која је повезана са LiFePo4 батеријским пакетом и њена главна функција је да заштити батерију и корисника од квара. Да би се осигурала безбедна употреба, LiFePo4 батерија мора да ради под веома строгим параметрима напона. У зависности од произвођача батерије и хемијског састава, овај параметар напона варира између 3,2 V по ћелији за испражњене батерије и 3,65 V по ћелији за пуњиве батерије. PCM плоча прати ове параметре напона и искључује батерију из оптерећења или пуњача ако су прекорачени. У случају једне LiFePo4 батерије или више LiFePo4 батерија повезаних паралелно, ово се лако постиже јер PCM плоча прати појединачне напоне. Међутим, када је више батерија повезано серијски, PCM плоча мора пратити напон сваке батерије. Врсте балансирања батерија Различити алгоритми за балансирање батерија су развијени за LiFePo4 батеријске пакете. Подељени су на пасивне и активне методе балансирања батерија на основу напона батерије и стања напуњености (SOC). 
Пасивно балансирање батерије Техника пасивног балансирања батерије одваја вишак наелектрисања из потпуно напуњене LiFePo4 батерије помоћу отпорничких елемената и даје свим ћелијама слично наелектрисање као и код LiFePo4 батерије са најнижим нивоом наелектрисања. Ова техника је поузданија и користи мање компоненти, чиме се смањују укупни трошкови система. Међутим, технологија смањује ефикасност система јер се енергија расипа у облику топлоте која генерише губитак енергије. Стога је ова технологија погодна за примене са малом потрошњом енергије. 
Активно балансирање батерије Активно балансирање пуњења је решење за изазове повезане са LiFePo4 батеријама. Техника активног балансирања ћелија празни наелектрисање из LiFePo4 батерије више енергије и преноси га на LiFePo4 батерију ниже енергије. У поређењу са технологијом пасивног балансирања ћелија, ова техника штеди енергију у LiFePo4 батеријском модулу, чиме повећава ефикасност система и захтева мање времена за балансирање између ћелија LiFePo4 батеријског пакета, омогућавајући веће струје пуњења. Чак и када је LiFePo4 батеријски пакет у мировању, чак и савршено усклађене LiFePo4 батерије губе наелектрисање различитим брзинама јер се брзина самопражњења разликује у зависности од температурног градијента: повећање температуре батерије од 10°C већ удвостручује брзину самопражњења. Међутим, активно балансирање наелектрисања може вратити ћелије у равнотежу, чак и ако су у мировању. Међутим, ова техника има сложена кола, што повећава укупне трошкове система. Стога је активно балансирање ћелија погодно за примене велике снаге. Постоје различите топологије кола за активно балансирање класификоване према компонентама за складиштење енергије, као што су кондензатори, индуктори/трансформатори и електронски конвертори. Генерално, активни систем управљања батеријама смањује укупне трошкове LiFePo4 батеријског пакета јер не захтева превелике димензионисање ћелија како би се компензовала дисперзија и неравномерно старење међу LiFePo4 батеријама. Активно управљање батеријама постаје критично када се старе ћелије замењују новим ћелијама и када постоје значајне варијације унутар LiFePo4 батеријског пакета. Пошто активни системи управљања батеријама омогућавају инсталирање ћелија са великим варијацијама параметара у LiFePo4 батеријским пакетима, принос производње се повећава, док се трошкови гаранције и одржавања смањују. Стога, активни системи управљања батеријама побољшавају перформансе, поузданост и безбедност батеријског пакета, а истовремено помажу у смањењу трошкова. Сумирај Да би се минимизовали ефекти померања напона ћелије, неравнотеже морају бити правилно модериране. Циљ сваког решења за балансирање је да омогући LiFePo4 батеријском пакету да ради на предвиђеном нивоу перформанси и да прошири свој расположиви капацитет. Балансирање батерије није важно само за побољшање перформанси иживотни циклус батерија, такође додаје фактор безбедности LiFePo4 батеријском пакету. Једна од нових технологија за побољшање безбедности батерија и продужење њиховог века трајања. Како нова технологија балансирања батерија прати количину балансирања потребну за појединачне LiFePo4 ћелије, продужава век трајања LiFePo4 батеријског пакета и побољшава укупну безбедност батерије.
Време објаве: 08. мај 2024.