Lifepo4 細胞のバランスが重要なのはなぜですか?

とき リチウム電池パック は複数のセルを直列に使用して設計されているため、セル電圧のバランスを継続的に保つように電子機能を設計することが非常に重要です。これはバッテリー パックのパフォーマンスのためだけでなく、最適なライフサイクルのためでもあります。

セルバランスを使用すると、バッテリーの充電状態 (SOC) をより高くできるため、アプリケーションに合わせてより大きな容量のバッテリーを設計できます。多くの企業は、コストを削減するために設計の開始時にセル バランシングを使用しないことを選択していますが、セル バランシングのハードウェアとソフトウェアへの投資がなければ、その設計では SOC を 100% に近づけることはできません。

バッテリーを組み立てる前に、すべての LiFePO4 セルが、電圧、内部抵抗の無能力定格、適合していることを確認することが重要です。また、製造後にもバランスをとる必要があります。

セルバランシングとは何ですか?

セルバランシングは、満充電時のセル間の電圧と充電状態を均等化するプロセスです。同一の細胞は 2 つとありません。充電状態、自己放電率、容量、インピーダンス、温度特性には常に若干の違いがあります。これは、同一機種、同一メーカー、同一製造ロットのセルであっても同様である。メーカーは、可能な限り一致させるために、同様の電圧でセルを分類しますが、個々のセルのインピーダンス、容量、自己放電率には依然としてわずかなばらつきがあり、それが時間の経過とともに最終的に電圧の相違につながる可能性があります。

LifePO4 細胞のバランスをとる

LiFePO4 バッテリー パック (または任意のリチウム バッテリー パック) には、平衡回路、保護回路モジュール (PCM)、または バッテリー管理回路 (BMS) バッテリーとそのセルを監視するボード 詳細については、このブログをお読みください スマートリチウム回路保護に関する情報 。バランス回路を備えたバッテリーでは、バッテリーが 100% の SOC に近づいたときに、回路がハードウェアを使用してバッテリー内の個々のセルの電圧のバランスをとるだけです。リン酸鉄リチウムの業界標準は、3.6 ボルトのセル電圧を超えてバランスを取ることです。 PCM または BMS では、通常、バランスはハードウェアによって維持されますが、回路内には、バッテリーの充電/放電電流の制限など、バランス回路の機能を超えてバッテリーを保護する追加の保護機能または管理機能があります。

SLA バッテリー パックはリチウムと同じ方法では監視されないため、同じ方法でバランスが取れません。 SLA バッテリーは、通常よりわずかに高い電圧でバッテリーを充電することでバランスがとれています。バッテリーには内部監視機能がないため、熱暴走を防ぐために比重計と呼ばれる外部装置または人によって監視する必要があります。これは自動的には行われませんが、通常は定期的なメンテナンス スケジュールで実行されます。

バランスを取る LifePO4 セル テクニック

セルバランシングの基本的な解決策は、セルが完全に充電された状態にあるときに、セル間の電圧と充電状態を均等化します。セルバランシングは通常、次の 2 つのタイプに分類されます。

受け身

● アクティブ

● パッシブセルバランシング

パッシブ セル バランシング方法は、いくぶん単純で簡単です。散逸バイパス ルートを通じてセルを放電します。このバイパスは、集積回路 (IC) に統合することも、外部に設けることもできます。このようなアプローチは、低コストのシステム アプリケーションに適しています。高エネルギーセルからの余剰エネルギーの 100% が熱として放散されるという事実により、バッテリーの動作時間に明らかな影響を与えるため、パッシブ方式を放電中に使用するのはあまり好ましくありません。

アクティブバランシング LifePO4 セル

容量性または誘導性の電荷シャトルを利用してバッテリーセル間で電荷を転送するアクティブセルバランシングは、エネルギーが流出するのではなく必要な場所に転送されるため、効率が大幅に向上します。もちろん、この効率の向上と引き換えに、追加のコンポーネントが必要になり、コストが高くなります。

バッテリーパックに適切なセルバランスが必要な理由

で LiFePO4電池 、電圧が最も低いセルが BMS または PCM によって指定された放電電圧カットオフに達するとすぐに、バッテリー全体がシャットダウンされます。放電中にセルのバランスが崩れた場合、一部のセルに未使用のエネルギーがあり、バッテリーが実際には「空」ではないことを意味する可能性があります。同様に、充電時にセルのバランスが取れていない場合、電圧が最も高いセルがカットオフ電圧に達するとすぐに充電が中断され、すべての LiFePO4 セルが完全に充電されず、バッテリが充電されなくなります。どちらか。

それの何がそんなに悪いのですか？まず、バランスが取れていないバッテリーは、バッテリー レベルでの容量が低くなり、カットオフ電圧が高くなります。さらに、不均衡なバッテリーを継続的に充電および放電すると、時間の経過とともに状況が悪化します。 LiFePO4 セルの放電プロファイルは比較的直線的であるため、すべてのセルが一致し、バランスがとれていることの重要性がますます高まっています。セル電圧の差が大きくなるほど、得られる容量は低くなります。

理論的には、バランスのとれたセルはすべて同じレートで放電するため、毎回同じ電圧でカットオフされます。これは常に当てはまるわけではないため、バランス回路 (または PCM/BMS) を使用すると、充電時にバッテリー セルが完全にバランスをとってバッテリーの設計容量を維持し、完全に充電されることが保証されます。リチウムバッテリーの寿命を最大限に引き出すには、適切なメンテナンスが鍵であり、セルバランスはその重要な部分です。

まとめ

セルバランスは、バッテリーの性能とライフサイクルを向上させるために重要であるだけでなく、バ​​ッテリーに安全性の要素を追加します。バッテリーの安全性を高め、バッテリー寿命を延ばすための新しいテクノロジーの 1 つは、高度なセル バランシングです。新しいセルバランシング技術は個々のセルに必要なバランシング量を追跡するため、バッテリパックの使用可能寿命が延長され、バッテリ全体の安全性が向上します。

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