Perché è importante il bilanciamento delle cellule Lifepo4？

Quando a pacco batteria al litio è progettato utilizzando più celle in serie, è molto importante progettare le caratteristiche elettroniche per bilanciare continuamente le tensioni delle celle. Ciò non riguarda solo le prestazioni della batteria, ma anche i cicli di vita ottimali.

L'uso del bilanciamento delle celle ci consente di progettare una batteria con una capacità maggiore per un'applicazione perché il bilanciamento consente alla batteria di raggiungere uno stato di carica (SOC) più elevato. Molte aziende scelgono di non utilizzare il bilanciamento delle celle all'inizio della progettazione per ridurre i costi, ma senza l'investimento nell'hardware e nel software di bilanciamento delle celle, il progetto non consente al SOC di avvicinarsi al 100%.

Prima di costruire la batteria, è importante garantire che tutte le celle LiFePO4 siano abbinate e con rating di incapacità, tensione e resistenza interna – e devono anche essere bilanciate dopo la produzione.

Cos'è il bilanciamento cellulare?

Il bilanciamento delle celle è il processo di equalizzazione delle tensioni e dello stato di carica tra le celle quando sono completamente cariche. Non esistono due celle identiche. Ci sono sempre lievi differenze nello stato di carica, nella velocità di autoscarica, nella capacità, nell'impedenza e nelle caratteristiche di temperatura. Ciò è vero anche se le celle sono dello stesso modello, dello stesso produttore e dello stesso lotto di produzione. I produttori ordineranno le celle in base alla tensione simile in modo che corrispondano il più vicino possibile, ma ci sono ancora lievi variazioni nell'impedenza, nella capacità e nel tasso di autoscarica delle singole celle che possono eventualmente portare a una divergenza di tensione nel tempo.

Bilanciamento delle cellule LifePO4

I pacchi batteria LiFePO4 (o qualsiasi pacco batteria al litio) hanno un circuito stampato con un circuito bilanciato, un modulo di circuito protettivo (PCM) o circuito di gestione della batteria (BMS) scheda che monitora la batteria e le sue celle leggi questo blog per ulteriori informazioni informazioni sulla protezione intelligente del circuito al litio . In una batteria con un circuito di bilanciamento, il circuito bilancia semplicemente le tensioni delle singole celle della batteria con l'hardware quando la batteria si avvicina al 100% SOC (lo standard industriale per il litio ferro fosfato è quello di bilanciare una tensione della cella superiore a 3,6 volt). In un PCM o BMS, l'equilibrio viene generalmente mantenuto anche dall'hardware, tuttavia, all'interno del circuito sono presenti protezioni o funzionalità di gestione aggiuntive che proteggono la batteria che vanno oltre ciò che fa un circuito bilanciato, come limitare la corrente di carica/scarica della batteria.

I pacchi batteria SLA non sono monitorati allo stesso modo del litio, quindi non sono bilanciati allo stesso modo. Una batteria SLA viene bilanciata caricando la batteria con una tensione leggermente superiore al normale. Poiché la batteria non dispone di alcun monitoraggio interno, dovrà essere monitorata da un dispositivo esterno chiamato idrometro o persona per prevenire la fuga termica. Questa operazione non viene eseguita automaticamente ma viene solitamente eseguita nell'ambito di un programma di manutenzione ordinaria.

Bilanciamento Cellule LifePO4 Tecniche

La soluzione fondamentale del bilanciamento delle celle equalizza la tensione e lo stato di carica tra le celle quando sono completamente cariche. Il bilanciamento delle celle è generalmente classificato in due tipi:

Passivo

● Attivo

● Bilanciamento passivo delle celle

Il metodo di bilanciamento passivo delle celle è alquanto semplice e diretto. Scaricare le celle attraverso un percorso di bypass dissipativo. Questo bypass può essere integrato o esterno al circuito integrato (IC). Un simile approccio è favorevole nelle applicazioni di sistema a basso costo. Il fatto che il 100% dell'energia in eccesso proveniente da una cella ad alta energia venga dissipata sotto forma di calore rende il metodo passivo meno preferibile da utilizzare durante la scarica a causa dell'ovvio impatto sulla durata della batteria.

Bilanciamento attivo Cellule LifePO4

Il bilanciamento attivo delle celle, che utilizza l'inversione di carica capacitiva o induttiva per trasferire la carica tra le celle della batteria, è significativamente più efficiente perché l'energia viene trasferita dove è necessaria invece di essere dispersa. Naturalmente, il compromesso per questa maggiore efficienza è la necessità di componenti aggiuntivi a un costo più elevato.

Perché è necessario un corretto bilanciamento delle celle per i pacchi batteria

In batterie LiFePO4 , non appena la cella con la tensione più bassa raggiunge il livello di tensione di scarica designato dal BMS o dal PCM, spegnerà l'intera batteria. Se le celle risultassero sbilanciate durante la scarica, ciò potrebbe significare che alcune celle hanno energia inutilizzata e che la batteria non è veramente “scarica”. Allo stesso modo, se le celle non sono bilanciate durante la carica, la carica verrà interrotta non appena la cella con la tensione più alta raggiunge la tensione di interruzione, e non tutte le celle LiFePO4 saranno completamente cariche e la batteria non sarà O.

Cosa c'è di così brutto in questo? Per iniziare, una batteria sbilanciata avrà una capacità inferiore e una tensione di interruzione più elevata a livello della batteria. Inoltre, caricare e scaricare continuamente una batteria sbilanciata aggraverà questo problema nel tempo. Il profilo di scarica relativamente lineare delle celle LiFePO4 rende sempre più importante che tutte le celle siano abbinate e bilanciate: maggiore è la differenza tra le tensioni delle celle, minore è la capacità ottenibile.

La teoria è che le celle bilanciate si scaricano tutte alla stessa velocità e quindi si interrompono ogni volta alla stessa tensione. Questo non è sempre vero, quindi avere un circuito di bilanciamento (o PCM/BMS) garantisce che durante la ricarica le celle della batteria possano essere completamente bilanciate per mantenere la capacità nominale della batteria e caricarsi completamente. Una corretta manutenzione è fondamentale per prolungare la durata della batteria al litio e il bilanciamento delle celle ne è un elemento importante.

Riepilogo

Il bilanciamento delle celle non è importante solo per migliorare le prestazioni e i cicli di vita della batteria, ma aggiunge un elemento di sicurezza alla batteria. Una delle tecnologie emergenti per migliorare la sicurezza delle batterie e prolungarne la durata è il bilanciamento avanzato delle celle. Poiché le nuove tecnologie di bilanciamento delle celle tengono traccia della quantità di bilanciamento necessaria alle singole celle, la durata utile dei pacchi batteria aumenta e la sicurezza complessiva della batteria aumenta.

Se hai ulteriori domande sul bilanciamento delle celle, sulle batterie al litio o su qualsiasi altra cosa, non esitare a farlo contattaci .