Hvorfor er det vigtigt at balancere Lifepo4-celler?

Når en lithium batteripakke er designet ved hjælp af flere celler i serie, er det meget vigtigt at designe de elektroniske funktioner for løbende at balancere cellespændingerne. Dette er ikke kun for batteripakkens ydeevne, men også for optimal livscyklus.

Brugen af ​​cellebalancering gør os i stand til at designe et batteri med en større kapacitet til en applikation, fordi balancering gør det muligt for batteriet at opnå en højere ladningstilstand (SOC). Mange virksomheder vælger ikke at bruge cellebalancering i starten af ​​deres design for at reducere omkostningerne, men uden investeringen i cellebalanceringshardware og -software tillader designet ikke SOC at nærme sig 100 procent.

Inden batteriet bygges, er det vigtigt at sikre, at alle LiFePO4-celler er matchede og ukapacitetsklassificering, i spænding og intern modstand - og de skal også være afbalanceret efter fremstilling.

Hvad er cellebalancering?

Cellebalancering er processen med at udligne spændingerne og ladningstilstanden mellem cellerne, når de er ved fuld opladning. Ikke to celler er identiske. Der er altid små forskelle i ladetilstand, selvafladningshastighed, kapacitet, impedans og temperaturkarakteristika. Dette gælder, selvom cellerne er den samme model, samme producent og samme produktionsparti. Producenter vil sortere celler efter den tilsvarende spænding for at matche så tæt som muligt, men der er stadig små variationer i de enkelte cellers impedans, kapacitet og selvafladningshastighed, der i sidste ende kan føre til en divergens i spændingen over tid.

Balancering af LifePO4-celler

LiFePO4 batteripakker (eller lithium batteripakker) har et printkort med enten et balanceret kredsløb, beskyttelseskredsløbsmodul (PCM) eller batteristyringskredsløb (BMS) bord, der overvåger batteriet og dets celler, læs denne blog for mere information om smart lithium-kredsløbsbeskyttelse . I et batteri med et balanceringskredsløb afbalancerer kredsløbet blot spændingerne fra de enkelte celler i batteriet med hardware, når batteriet nærmer sig 100% SOC industristandarden for lithiumjernfosfat er at balancere over en cellespænding på 3,6 volt. I en PCM eller BMS opretholdes balancen også typisk af hardware, men der er yderligere beskyttelser eller styringsmuligheder i kredsløbet, der beskytter batteriet, der går ud over, hvad et balanceret kredsløb gør, såsom at begrænse batteriets lade-/afladningsstrøm.

SLA-batteripakker overvåges ikke på samme måde som lithium, så de er ikke afbalanceret på samme måde. Et SLA-batteri afbalanceres ved at lade batteriet op med en lidt højere spænding end normalt. Da batteriet ikke har nogen intern overvågning, skal det overvåges af en ekstern enhed kaldet et hydrometer eller en person for at forhindre termisk løb. Dette gøres ikke automatisk, men udføres normalt i en rutinemæssig vedligeholdelsesplan.

Balancering LifePO4 celler Teknikker

Den grundlæggende løsning af cellebalancering udligner spændingen og ladningstilstanden blandt cellerne, når de er i en fuldt opladet tilstand. Cellebalancering er typisk kategoriseret i to typer:

Passiv

● Aktiv

● Passiv cellebalancering

Den passive cellebalanceringsmetode er noget enkel og ligetil. Aflad cellerne gennem en dissipativ bypass-rute. Denne bypass kan enten være integreret eller ekstern til det integrerede kredsløb (IC). En sådan tilgang er gunstig i systemapplikationer til lave omkostninger. Det faktum, at 100 % af den overskydende energi fra en celle med højere energi spredes som varme, gør den passive metode mindre at foretrække at bruge under afladning på grund af den åbenlyse indvirkning på batteriets driftstid.

Aktiv balancering LifePO4 celler

Aktiv cellebalancering, som anvender kapacitiv eller induktiv ladnings-shuttling til at overføre ladning mellem battericeller, er væsentligt mere effektiv, fordi energien overføres derhen, hvor den er nødvendig i stedet for at blive udtømt. Naturligvis er afvejningen for denne forbedrede effektivitet behovet for yderligere komponenter til en højere pris.

Hvorfor korrekt cellebalancering er nødvendig for batteripakker

I LiFePO4 batterier , så snart cellen med den laveste spænding rammer udladningsspændingen, der er udpeget af BMS eller PCM, vil den lukke hele batteriet. Hvis cellerne var ubalancerede under afladningen, kan det betyde, at nogle celler har ubrugt energi, og at batteriet ikke rigtig er "tomt". Ligeledes, hvis cellerne ikke er afbalanceret under opladning, vil opladningen blive afbrudt, så snart cellen med den højeste spænding når afskæringsspændingen, og ikke alle LiFePO4-cellerne vil være fuldt opladede, og batteriet vil ikke være enten.

Hvad er der så slemt ved det? Til at starte med vil et ubalanceret batteri have en lavere kapacitet og en højere afbrydelsesspænding på batteriniveau. Derudover vil kontinuerlig opladning og afladning af et ubalanceret batteri forværre dette over tid. Den relativt lineære afladningsprofil af LiFePO4-celler gør det stadig vigtigere, at alle celler er afstemt og afbalanceret – jo større forskellen mellem cellespændingerne er, jo lavere er den opnåelige kapacitet.

Teorien er, at balancerede celler alle aflades med samme hastighed og derfor afskæres ved den samme spænding hver gang. Dette er ikke altid sandt, så at have et balanceringskredsløb (eller PCM/BMS) sikrer, at battericellerne ved opladning kan være fuldt afbalancerede for at bevare batteriets designkapacitet og blive fuldt opladet. Korrekt vedligeholdelse er nøglen til at få hele levetiden ud af dit lithiumbatteri, og cellebalancering er en stor del af det.

Oversigt

Cellebalancering er ikke kun vigtigt for at forbedre batteriets ydeevne og livscyklus, det tilføjer et element af sikkerhed til batteriet. En af de nye teknologier til at forbedre batterisikkerheden og forlænge batteriets levetid er avanceret cellebalancering. Da nye cellebalanceringsteknologier sporer mængden af ​​balancering, der kræves af individuelle celler, øges batteripakkernes brugbare levetid, og den overordnede batterisikkerhed forbedres.

Hvis du har yderligere spørgsmål om cellebalancering, lithiumbatterier eller andet, er du velkommen til at kontakte os kontakt os .