Warum ist der Ausgleich von Lifepo4-Zellen wichtig?

Wenn ein Lithium-Akku Bei der Entwicklung mehrerer in Reihe geschalteter Zellen ist es sehr wichtig, die elektronischen Funktionen so zu gestalten, dass die Zellspannungen kontinuierlich ausgeglichen werden. Dies gilt nicht nur für die Leistung des Akkupacks, sondern auch für optimale Lebenszyklen.

Der Einsatz des Zellausgleichs ermöglicht es uns, eine Batterie mit einer größeren Kapazität für eine Anwendung zu entwickeln, da der Akku durch den Ausgleich einen höheren Ladezustand (SOC) erreichen kann. Viele Unternehmen verzichten zu Beginn ihres Entwurfs auf den Zellausgleich, um die Kosten zu senken. Ohne die Investition in Hardware und Software für den Zellausgleich kann der SOC jedoch nicht annähernd 100 Prozent erreicht werden.

Bevor die Batterie gebaut wird, ist es wichtig, sicherzustellen, dass alle LiFePO4-Zellen hinsichtlich Kapazität, Spannung und Innenwiderstand übereinstimmen – und sie müssen auch nach der Herstellung ausgeglichen werden.

Was ist Zellausgleich?

Beim Zellausgleich handelt es sich um den Prozess des Ausgleichs der Spannungen und des Ladezustands zwischen den Zellen, wenn diese voll geladen sind. Keine zwei Zellen sind identisch. Es gibt immer geringfügige Unterschiede im Ladezustand, der Selbstentladungsrate, der Kapazität, der Impedanz und den Temperatureigenschaften. Dies gilt auch dann, wenn es sich bei den Zellen um dasselbe Modell, denselben Hersteller und dieselbe Produktionscharge handelt. Die Hersteller sortieren die Zellen nach der gleichen Spannung, damit sie möglichst genau übereinstimmen. Es gibt jedoch immer noch geringfügige Unterschiede in der Impedanz, Kapazität und Selbstentladungsrate der einzelnen Zellen, die im Laufe der Zeit zu einer Spannungsabweichung führen können.

LifePO4-Zellen ausgleichen

LiFePO4-Akkupacks (oder alle Lithium-Akkupacks) verfügen über eine Platine mit entweder einem symmetrischen Schaltkreis, einem Schutzschaltungsmodul (PCM) oder Batteriemanagement-Schaltkreis (BMS) Platine, die die Batterie und ihre Zellen überwacht. Weitere Informationen finden Sie in diesem Blog Informationen zum intelligenten Lithium-Schaltkreisschutz . In einer Batterie mit einer Ausgleichsschaltung gleicht die Schaltung einfach die Spannungen der einzelnen Zellen in der Batterie mit Hardware aus, wenn die Batterie einen Ladezustand von 100 % erreicht. Der Industriestandard für Lithiumeisenphosphat sieht einen Ausgleich über einer Zellenspannung von 3,6 Volt vor. In einem PCM oder BMS wird das Gleichgewicht normalerweise auch durch Hardware aufrechterhalten. Es gibt jedoch zusätzliche Schutz- oder Verwaltungsfunktionen innerhalb der Schaltung, die die Batterie schützen, die über die Funktion eines symmetrischen Schaltkreises hinausgehen, wie z. B. die Begrenzung des Lade-/Entladestroms der Batterie.

SLA-Akkus werden nicht auf die gleiche Weise wie Lithium überwacht und sind daher nicht auf die gleiche Weise ausbalanciert. Eine SLA-Batterie wird ausgeglichen, indem die Batterie mit einer etwas höheren Spannung als normal geladen wird. Da die Batterie über keine interne Überwachung verfügt, muss sie von einem externen Gerät namens Hydrometer oder von einer Person überwacht werden, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern. Dies geschieht nicht automatisch, sondern wird normalerweise im Rahmen eines routinemäßigen Wartungsplans durchgeführt.

Balancieren LifePO4-Zellen Techniken

Die grundlegende Lösung des Zellausgleichs gleicht die Spannung und den Ladezustand zwischen den Zellen aus, wenn sie sich in einem vollständig geladenen Zustand befinden. Der Zellausgleich wird typischerweise in zwei Typen eingeteilt:

Passiv

● Aktiv

● Passiver Zellausgleich

Die Methode des passiven Zellausgleichs ist recht einfach und unkompliziert. Entladen Sie die Zellen über einen dissipativen Bypass-Weg. Dieser Bypass kann entweder integriert oder außerhalb des integrierten Schaltkreises (IC) sein. Ein solcher Ansatz ist bei kostengünstigen Systemanwendungen vorteilhaft. Die Tatsache, dass 100 % der überschüssigen Energie einer Zelle mit höherer Energie als Wärme abgeführt werden, macht die Verwendung der passiven Methode während der Entladung aufgrund der offensichtlichen Auswirkung auf die Batterielaufzeit weniger vorteilhaft.

Aktives Balancieren LifePO4-Zellen

Der aktive Zellausgleich, bei dem kapazitiver oder induktiver Ladungstransport zur Ladungsübertragung zwischen Batteriezellen genutzt wird, ist wesentlich effizienter, da die Energie dorthin übertragen wird, wo sie benötigt wird, anstatt abgezapft zu werden. Der Nachteil dieser verbesserten Effizienz besteht natürlich darin, dass zusätzliche Komponenten zu höheren Kosten erforderlich sind.

Warum ein ordnungsgemäßer Zellausgleich für Akkupacks notwendig ist

In LiFePO4-Batterien Sobald die Zelle mit der niedrigsten Spannung die vom BMS oder PCM festgelegte Entladespannungsunterbrechung erreicht, wird die gesamte Batterie abgeschaltet. Wenn die Zellen beim Entladen unausgeglichen waren, kann dies bedeuten, dass einige Zellen ungenutzte Energie haben und die Batterie nicht wirklich „leer“ ist. Wenn die Zellen beim Laden nicht im Gleichgewicht sind, wird der Ladevorgang ebenfalls unterbrochen, sobald die Zelle mit der höchsten Spannung die Abschaltspannung erreicht, und nicht alle LiFePO4-Zellen werden vollständig geladen, und der Akku wird nicht vollständig aufgeladen entweder.

Was ist daran so schlimm? Zunächst einmal hat eine unausgeglichene Batterie eine geringere Kapazität und eine höhere Abschaltspannung auf Batterieniveau. Darüber hinaus verschlimmert sich das Problem mit der Zeit durch das ständige Laden und Entladen einer unausgeglichenen Batterie. Aufgrund des relativ linearen Entladungsprofils von LiFePO4-Zellen wird es immer wichtiger, dass alle Zellen aufeinander abgestimmt und ausbalanciert sind – je größer der Unterschied zwischen den Zellspannungen, desto geringer ist die erreichbare Kapazität.

Die Theorie besagt, dass ausgeglichene Zellen sich alle mit der gleichen Geschwindigkeit entladen und daher jedes Mal bei der gleichen Spannung abschalten. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Eine Ausgleichsschaltung (oder PCM/BMS) sorgt dafür, dass die Batteriezellen beim Laden vollständig ausgeglichen werden können, um die vorgesehene Kapazität der Batterie beizubehalten und vollständig aufgeladen zu werden. Die richtige Wartung ist der Schlüssel zur vollen Lebensdauer Ihrer Lithiumbatterie, und der Zellausgleich spielt dabei eine große Rolle.

Zusammenfassung

Der Zellenausgleich ist nicht nur wichtig für die Verbesserung der Leistung und Lebensdauer der Batterie, er verleiht der Batterie auch ein zusätzliches Sicherheitselement. Eine der neuen Technologien zur Verbesserung der Batteriesicherheit und Verlängerung der Batterielebensdauer ist der fortschrittliche Zellausgleich. Da neue Zellausgleichstechnologien den von einzelnen Zellen benötigten Ausgleichsaufwand verfolgen, wird die Nutzungsdauer von Batteriepacks erhöht und die Batteriesicherheit insgesamt verbessert.

Wenn Sie weitere Fragen zum Zellausgleich, zu Lithiumbatterien oder zu anderen Themen haben, wenden Sie sich bitte an uns Kontaktieren Sie uns .