Коли пристроям потрібна довговічна, високопродуктивна роботаАкумуляторний блок LifePo4, їм потрібно збалансувати кожну клітину. 
Чому акумуляторному блоку LifePo4 потрібне балансування? Акумулятори LifePo4 піддаються багатьом характеристикам, таким як перенапруга, знижена напруга, струм перезаряду та розряду, теплові перепади та дисбаланс напруги акумулятора. Одним з найважливіших факторів є дисбаланс елементів, який з часом змінює напругу кожного елемента в батареї, тим самим швидко знижуючи ємність акумулятора. Коли акумуляторний блок LifePo4 розроблений для використання кількох елементів послідовно, важливо розробити електричні характеристики для послідовного балансування напруги елементів. Це потрібно не лише для продуктивності акумуляторного блоку, але й для оптимізації життєвого циклу. Необхідність доктрини полягає в тому, що балансування акумулятора відбувається до та після складання акумулятора та має виконуватися протягом усього життєвого циклу акумулятора, щоб підтримувати оптимальну продуктивність акумулятора! Використання балансування акумуляторів дозволяє нам розробляти акумулятори з більшою ємністю для різних застосувань, оскільки балансування дозволяє акумулятору досягти вищого стану заряду (SOC). Ви можете уявити собі послідовне з'єднання багатьох елементів LifePo4, як якщо б ви тягнули сани з багатьма собаками-повозками. Сани можна тягнути з максимальною ефективністю лише в тому випадку, якщо всі собаки-повозки рухаються з однаковою швидкістю. З чотирма собаками-повозками, якщо один собака-повозка рухається повільно, то інші три також повинні зменшити свою швидкість, тим самим знижуючи ефективність, а якщо один собака-повозка рухається швидше, він зрештою потягне за собою навантаження трьох інших собак-повозок і зашкодить собі. Тому, коли кілька елементів LifePo4 з'єднані послідовно, значення напруги всіх елементів повинні бути однаковими, щоб отримати більш ефективний акумуляторний блок LifePo4. 
Номінальна напруга акумулятора LifePo4 становить лише близько 3,2 В, але всистеми накопичення енергії вдома, портативні джерела живлення, промислові, телекомунікаційні, електромобільні та мікромережі, нам потрібна напруга, набагато вища за номінальну. В останні роки акумуляторні батареї LifePo4 відіграли вирішальну роль в акумуляторах та системах накопичення енергії завдяки своїй малій вазі, високій щільності енергії, тривалому терміну служби, високій ємності, швидкій зарядці, низькому рівню саморозряду та екологічності. Балансування елементів забезпечує однакову напругу та ємність кожного елемента LifePo4, інакше запас ходу та термін служби акумуляторного блоку LiFePo4 значно зменшляться, а продуктивність акумулятора погіршиться! Тому балансування елементів LifePo4 є одним з найважливіших факторів, що визначають якість акумулятора. Під час роботи може виникати невеликий розрив напруги, але ми можемо підтримувати його в прийнятному діапазоні за допомогою балансування елементів. Під час балансування елементи з більшою ємністю проходять повний цикл заряджання/розряджання. Без балансування елементів елемент з найповільнішою ємністю є слабким місцем. Балансування елементів є однією з основних функцій BMS, поряд з моніторингом температури, заряджанням та іншими функціями, які допомагають максимально збільшити термін служби акумулятора. Інші причини балансування акумулятора: Неповне використання енергії акумулятором LifePo4 Споживання більшого струму, ніж розраховано на акумулятор, або коротке замикання акумулятора, найімовірніше, призведе до передчасного виходу його з ладу. Коли акумуляторний блок LifePo4 розряджається, слабші елементи розряджаються швидше, ніж здорові, і вони досягають мінімальної напруги швидше, ніж інші елементи. Коли елемент досягає мінімальної напруги, весь акумуляторний блок також відключається від навантаження. Це призводить до невикористаної ємності енергії акумуляторного блоку. Деградація клітин Коли елемент LifePo4 перезаряджається навіть трохи вище рекомендованої потужності, ефективність та термін служби елемента знижуються. Наприклад, незначне збільшення напруги заряджання з 3,2 В до 3,25 В призведе до швидшого розрядження акумулятора на 30%. Тому, якщо балансування елементів неточне, незначне перезаряджання також зменшить термін служби акумулятора. Неповна зарядка акумуляторної батареї Акумулятори LifePo4 заряджаються постійним струмом від 0,5 до 1,0 вольта. Напруга акумулятора LifePo4 зростає під час заряджання, досягаючи піку, коли він повністю заряджений, а потім падає. Уявіть собі три елементи з ємністю 85 Аг, 86 Аг та 87 Аг відповідно та 100% зарядом акумулятора, і всі елементи потім розряджаються, а їхній заряд акумулятора зменшується. Ви можете швидко помітити, що елемент 1 першим розряджається, оскільки він має найнижчу ємність. Коли живлення подається на блоки елементів, а той самий струм протікає через елементи, елемент 1 знову ж таки зависає під час заряджання і може вважатися повністю зарядженим, оскільки два інші елементи повністю заряджені. Це означає, що елемент 1 має знижену кулонометричну ефективність (КЕ) через самонагрівання елемента, що призводить до нерівномірності елементів. Тепловий втеча Найжахливіший момент, який може статися, – це тепловий втеча. Як ми розуміємолітієві елементидуже чутливі до перезаряджання, а також до перерозряджання. У комплекті з 4 елементів, якщо один елемент має напругу 3,5 В, а інші - 3,2 В, зарядка призведе до одночасного заряджання всіх елементів, оскільки вони з'єднані послідовно, і це призведе до заряджання елемента 3,5 В напругою, вищою за рекомендовану, оскільки інші акумулятори все ще потребують заряджання. Це призводить до теплового розгону, коли швидкість внутрішнього тепловиділення перевищує швидкість, з якою тепло може бути виділено. Через це акумулятор LifePo4 стає термічно неконтрольованим. Що викликає розбалансування елементів в акумуляторних батареях? Тепер ми розуміємо, чому важливо підтримувати баланс усіх елементів в акумуляторній батареї. Однак, щоб належним чином вирішити проблему, нам потрібно знати, чому елементи стають незбалансованими з перших рук. Як зазначалося раніше, коли акумуляторна батарея створюється шляхом послідовного з'єднання елементів, це забезпечує однаковий рівень напруги для всіх елементів. Таким чином, нова акумуляторна батарея завжди матиме збалансовані елементи. Однак, коли акумуляторна батарея вводиться в експлуатацію, елементи виходять з балансу через відповідні фактори. Розбіжність SOC Вимірювання зарядного стану елемента є складним, тому дуже важко виміряти зарядний стан конкретних елементів в акумуляторі. Оптимальний метод гармонізації елементів повинен узгоджувати елементи з однаковим зарядним станом, а не з абсолютно однаковими ступенями напруги (OCV). Але оскільки практично неможливо узгодити елементи лише за напругою під час створення батареї, зміна зарядного стану може з часом призвести до зміни OCV. Варіант внутрішнього опору Надзвичайно важко знайти елементи з однаковим внутрішнім опором (ВОП), і з віком акумулятора ВОП також змінюється, тому в акумуляторній батареї не всі елементи матимуть однаковий ВОП. Як ми розуміємо, ВОП додає внутрішньої стійкості елемента, що визначає струм, що протікає через нього. Оскільки ВОП змінюється, струм через елемент, а також його напруга також змінюються. Рівень температури Здатність елемента заряджатися та розряджатися також залежить від температури навколо нього. У великому акумуляторному блоці, такому як в електромобілях або сонячних батареях, елементи розподілені по площі витраченого струму, і може існувати різниця температур між самим блоком, що призводить до швидшого заряджання або розряджання одного елемента, ніж решта, що створює нерівність. З вищезазначених факторів зрозуміло, що ми не можемо запобігти дисбалансу елементів під час процедури. Тому єдиним рішенням є використання зовнішньої системи, яка вимагає повторного балансування елементів після того, як вони стали дисбалансованими. Ця система називається системою балансування акумуляторів. 
Як досягти балансу акумуляторної батареї LiFePo4? Система керування акумуляторами (BMS) Зазвичай, акумуляторна батарея LiFePo4 не може досягти балансування батареї самостійно, цього можна досягти шляхомсистема управління акумулятором(BMS). Виробник акумулятора інтегрує функцію балансування акумулятора та інші функції захисту, такі як захист від перенапруги заряду, індикатор заряду (SOC), сигналізацію/захист від перегріву тощо, на цій платі BMS. Зарядний пристрій для літій-іонних акумуляторів з функцією балансування Також відомий як «балансувальний зарядний пристрій для акумуляторів», цей зарядний пристрій має функцію балансування для підтримки різних акумуляторів з різною кількістю ліній (наприклад, 1~6S). Навіть якщо ваш акумулятор не має плати BMS, ви можете заряджати свій літій-іонний акумулятор за допомогою цього зарядного пристрою для досягнення балансування. Балансувальна дошка Коли ви використовуєте збалансований зарядний пристрій для акумуляторів, вам також необхідно підключити зарядний пристрій та акумулятор до балансувальної плати, вибравши спеціальний роз'єм на балансувальній плати. Модуль захисного кола (PCM) Плата PCM — це електронна плата, яка підключена до акумуляторного блоку LiFePo4, і її основна функція полягає в захисті акумулятора та користувача від несправностей. Для забезпечення безпечного використання, акумулятор LiFePo4 повинен працювати за дуже суворих параметрів напруги. Залежно від виробника акумулятора та його хімічного складу, цей параметр напруги коливається від 3,2 В на елемент для розряджених акумуляторів до 3,65 В на елемент для акумуляторних акумуляторів. Плата PCM контролює ці параметри напруги та відключає акумулятор від навантаження або зарядного пристрою, якщо вони перевищені. У випадку одного або кількох паралельно з'єднаних акумуляторів LiFePo4 це легко зробити, оскільки плата PCM контролює окремі напруги. Однак, коли кілька акумуляторів з'єднані послідовно, плата PCM повинна контролювати напругу кожного акумулятора. Типи балансування акумуляторів Для акумуляторних блоків LiFePo4 було розроблено різні алгоритми балансування акумуляторів. Вони поділяються на пасивні та активні методи балансування акумуляторів на основі напруги акумулятора та рівня заряду (SOC). 
Пасивне балансування батареї Технологія пасивного балансування акумулятора відокремлює надлишковий заряд від повністю зарядженого LiFePo4 акумулятора за допомогою резистивних елементів і забезпечує всім елементам заряд, подібний до найнижчого заряду LiFePo4 акумулятора. Ця технологія є більш надійною та використовує менше компонентів, що знижує загальну вартість системи. Однак, ця технологія знижує ефективність системи, оскільки енергія розсіюється у вигляді тепла, що призводить до втрат енергії. Тому ця технологія підходить для застосувань з низьким енергоспоживанням. 
Активне балансування батареї Активне балансування заряду – це рішення проблем, пов'язаних з LiFePo4 акумуляторами. Метод активного балансування елементів розряджає заряд з LiFePo4 акумулятора з вищою енергією та переносить його на LiFePo4 акумулятор з нижчою енергією. Порівняно з технологією пасивного балансування елементів, цей метод економить енергію в модулі акумулятора LiFePo4, тим самим підвищуючи ефективність системи, та вимагає менше часу для балансування між елементами LiFePo4 акумуляторного блоку, що дозволяє використовувати вищі струми зарядки. Навіть коли LiFePo4 акумуляторний блок знаходиться в стані спокою, навіть ідеально підібрані LiFePo4 акумулятори втрачають заряд з різною швидкістю, оскільки швидкість саморозряду змінюється залежно від градієнта температури: підвищення температури акумулятора на 10°C вже подвоює швидкість саморозряду. Однак активне балансування заряду може відновити рівновагу елементів, навіть якщо вони знаходяться в стані спокою. Однак цей метод має складну схему, що збільшує загальну вартість системи. Тому активне балансування елементів підходить для застосувань з високою потужністю. Існують різні топології схем активного балансування, класифіковані за компонентами накопичення енергії, такими як конденсатори, індуктори/трансформатори та електронні перетворювачі. Загалом, активна система керування акумуляторами знижує загальну вартість акумуляторного блоку LiFePo4, оскільки вона не вимагає збільшення розміру елементів для компенсації розсіювання та нерівномірного старіння серед акумуляторів LiFePo4. Активне керування акумуляторами стає критично важливим, коли старі елементи замінюються новими, і всередині акумуляторного блоку LiFePo4 спостерігаються значні коливання. Оскільки активні системи керування акумуляторами дозволяють встановлювати елементи з великими коливаннями параметрів в акумуляторні блоки LiFePo4, виробнича потужність збільшується, а витрати на гарантію та обслуговування зменшуються. Таким чином, активні системи керування акумуляторами покращують продуктивність, надійність та безпеку акумуляторного блоку, одночасно допомагаючи знизити витрати. Підсумувати Щоб мінімізувати вплив дрейфу напруги елементів, дисбаланси необхідно належним чином урівноважити. Метою будь-якого балансувального рішення є забезпечення роботи акумуляторного блоку LiFePo4 на заданому рівні продуктивності та збільшення його доступної ємності. Балансування батареї важливе не лише для покращення продуктивності тажиттєвий цикл батарей, це також додає коефіцієнт безпеки до акумуляторного блоку LiFePo4. Одна з нових технологій для підвищення безпеки акумуляторів та подовження терміну служби акумуляторів. Оскільки нова технологія балансування акумуляторів відстежує необхідну кількість балансування для окремих елементів LiFePo4, це подовжує термін служби акумуляторного блоку LiFePo4 та підвищує загальну безпеку акумулятора.
Час публікації: 08 травня 2024 р.