¿Cómo equilibrio de células extiende la vida útil de la batería LIFEPO4?

Número Navegar:0     Autor:Editor del Sitio     publicar Tiempo: 2021-10-20      Origen:motorizado

Cuando los dispositivos necesitan un alto rendimiento duradero.Paquete de baterías LIFEPO4, necesitan equilibrar cada celda.


balance de células


¿Por qué el paquete de baterías LIFEPO4 necesita un equilibrio de la batería?


Las baterías LIFEPO4 están sujetas a muchas características, como la sobretensión, la subestacuación, la corriente de sobrecarga y la descarga, el desequilibrio térmico de voltaje y voltaje de la batería. Uno de los factores más importantes es el desequilibrio celular, que cambia el voltaje de cada celda en el paquete a lo largo del tiempo, lo que reduce rápidamente la capacidad de la batería. Cuando el paquete de baterías LIFEPO4 está diseñado para usar varias celdas en serie, es importante diseñar las características eléctricas para equilibrar sistemáticamente los voltajes de las celdas. Esto no es solo para el rendimiento de la batería, sino también para optimizar el ciclo de vida. La necesidad de doctrina es que se produce el equilibrio de la batería antes y después de que se construya la batería y se debe realizar a lo largo del ciclo de vida de la batería para mantener un rendimiento óptimo de la batería.


El uso del equilibrio de la batería nos permite diseñar baterías con mayor capacidad para aplicaciones porque el equilibrio permite que la batería logre un estado de carga más alto (SOC). Puedes imaginarte la conexión de muchas unidades de celdas LIFEPO4 en serie como si estuvieras tirando de un trineo con muchos perros de trineo. El trineo solo se puede extraer con la máxima eficiencia si todos los perros de trineo se están ejecutando a la misma velocidad. Con cuatro perros de trineo, si un perro trineo corre lentamente, los otros tres perros trineos también deben reducir su velocidad, lo que reduce la eficiencia, y si un perro trineo se ejecuta más rápido, terminará tirando de la carga de los otros tres perros trineos y lastimando a sí mismo. Por lo tanto, cuando se conectan múltiples células LIFEPO4 en serie, los valores de voltaje de todas las células deben ser iguales para obtener una batería LIFEPO4 más eficiente.


¿Por qué la batería LIFEPO4 necesita un equilibrio de la batería?


La batería nominal LIFEPO4 está calificada a solo aproximadamente 3.2V, pero enSistemas de almacenamiento de energía doméstica, Fuentes de alimentación portátiles, industriales, telecomunicaciones, vehículos eléctricos y microgrados, necesitamos mucho más alto que el voltaje nominal. En los últimos años, las baterías de LIFEPO4 recargables han jugado un papel crítico en las baterías de energía y los sistemas de almacenamiento de energía debido a su peso ligero, densidad de alta energía, larga vida, alta capacidad, carga rápida, bajos niveles de auto-descarga y amabilidad ambiental. El equilibrio de células garantiza que el voltaje y la capacidad de cada célula LIFEPO4 estén en el mismo nivel, de lo contrario, el rango y la vida útil de la batería LIFEPO4 se reducirán enormemente, ¡y el rendimiento de la batería se degradará! Por lo tanto, el balance de células LIFEPO4 es uno de los factores más importantes para determinar la calidad de la batería. Durante la operación, se producirá un poco de hueco de voltaje, pero podemos mantenerlo dentro de un rango aceptable por medio del equilibrio celular.


Durante el equilibrio, las células de mayor capacidad se someten a un ciclo completo de carga / descarga. Sin equilibrio celular, la célula con la capacidad más lenta es un punto débil. El equilibrio de células es una de las funciones centrales de la BMS, junto con el monitoreo de la temperatura, la carga y otras funciones que ayudan a maximizar la vida útil del paquete.


Otras razones para el equilibrio de la batería:


LIFEPO4 BATERÍA PCAK Uso de energía incompleta


Absorbiendo más corriente de lo que la batería está diseñada para o cortocircuitando la batería es más probable que cause una falla prematura de la batería. Cuando se descarga una batería LIFEPO4, las células más débiles se descargarán más rápido que las células sanas, y alcanzarán un voltaje mínimo más rápido que otras células. Cuando una celda alcanza el voltaje mínimo, toda la batería también se desconecta de la carga. Esto resulta en una capacidad no utilizada de la energía de la batería.


Degradación celular


Cuando una célula LIFEPO4 está sobrecargada, incluso un poco más de su sugerencia que vale la pena la efectividad y también el proceso de vida de la célula se reduce. Como ejemplo, un aumento menor en el voltaje de carga de 3.2V a 3.25V descompondrá la batería más rápido en un 30%. Por lo tanto, si el equilibrio celular no es preciso, también la sobrecarga menor disminuirá la vida útil de la batería.


Carga incompleta de un paquete de celdas


Las baterías LIFEPO4 se facturan a una corriente continua de entre 0,5 y también 1.0 tasas. El voltaje de la batería LIFEPO4 aumenta a medida que la carga procede a llegar a una cabeza, cuando se factura completamente después de que caiga en consecuencia. Piense en tres celdas con 85 AH, 86 AH, y 87 AH, respectivamente, respectivamente, y 100 por ciento, y todas las células están después de eso, se liberan y también su SOC disminuye. Puede descubrir rápidamente que la celda 1 termina siendo la primera en quedarse sin energía, ya que tiene la capacidad más baja.


Cuando la alimentación se coloca en los paquetes de celdas, así como el mismo que existe está fluyendo a través de las celdas, una vez más, la celda 1 se cuelga a lo largo de la carga y se puede tener en cuenta completamente cargadas, ya que las otras otras dos celdas están completamente cargadas. Esto significa que las células 1 tienen una efectividad culométrica reducida (CE) debido a la autoalentamiento de la célula que produce la desigualdad celular.


Escapes térmicos


El punto más horrible que puede tener lugar es la fugitiva térmica. Como entendemoscélulas de litioSon muy sensibles a la sobrecarga, así como sobre la descarga. En un paquete de 4 celdas, si una célula es de 3.5 V, mientras que las otras distintas son 3.2 v, la carga, sin duda, facturará todas las celdas, ya que están en serie y también facturará la célula de 3.5 V en mayor que la tensión recomendada porque los distintos Las otras baterías aún deben cargar. Esto conduce a la fugitación térmica cuando el precio de la generación de calor interior supera la velocidad a la que se puede liberar el cálido. Esto hace que la batería LIFEPO4 se convierta en térmicamente incontrolado.


¿Qué desencadenantes es el desequilibrio de células en los paquetes de baterías?


Ahora entendemos por qué mantener todas las células equilibradas en una batería es esencial. Sin embargo, para abordar el problema de manera adecuada, debemos saber por qué las células obtienen una primera mano desequilibrada. Como se le dijo anteriormente cuando se crea una batería colocando las celdas en serie. Se asegura de que todas las celdas permanezcan en los mismos niveles de voltaje. Por lo tanto, una batería fresca siempre tendrá células equilibradas. Sin embargo, a medida que el paquete se pone en uso, las células se salen de equilibrio debido a la cumplimiento de los factores.


Discrepancia de socios


Medir el SOC de una célula es complicado; Por lo tanto, es muy intrincado para medir la SOC de las células específicas en una batería. Un método de armonización de células óptimas debe coincidir con las celdas del mismo SOC en lugar de los grados exactamente de los mismos voltajes (OCV). Pero, dado que casi no es posible, las células se combinan solo en términos de voltaje al hacer un paquete, la variante en SOC puede resultar en una modificación en OCV a su debido tiempo.


Variante de resistencia interior


Es extremadamente difícil encontrar células de la misma resistencia interna (IR) y como la edad de la batería, el IR de la celda se modifica además, así como, por lo tanto, en una batería, no todas las celdas tendrán la misma IR. Como entendemos, el IR se suma a la insusepcibilidad interna de la célula que determina la transmisión de corriente a través de una celda. Debido a que el IR es variado la corriente a través de la celda y también su voltaje también se pone diferente.


Nivel de temperatura


La capacidad de facturación y liberación de la célula también depende de la temperatura a su alrededor. En un paquete de baterías significativo, como en EVS o matrices solares, las células se distribuyen sobre un área de residuos y puede haber una distinción de temperatura entre el propio paquete que crea una célula para cargar o descargar más rápido que las células restantes que causan una desigualdad.


A partir de los factores anteriores, está claro que no podemos evitar que las células se deseen desequilibrarse durante todo el procedimiento. Por lo tanto, el único remedio es hacer uso de un sistema exterior que requiera que las células se equilibren una vez más después de obtener desequilibradas. Este sistema se llama el sistema de equilibrado de la batería.


¿Cómo funciona el equilibrio celular (1)


¿Cómo lograr el balance de la batería LIFEPO4?


Sistema de gestión de baterías (BMS)


Generalmente, el paquete de baterías LIFEPO4 no puede alcanzar el equilibrio de la batería por sí mismo, se puede lograr medianteSistema de gestión de baterías(BMS). El fabricante de la batería integrará la función de equilibrio de la batería y otras funciones de protección, como carga sobre protección de voltaje, indicador de SOC, alarma / protección de temperatura, etc. en esta placa BMS.


Cargador de batería de ion litio con función de equilibrado


También conocido como un \"cargador de batería de balance\", el cargador integra una función de balance para admitir diferentes baterías con diferentes recuentos de cadena (por ejemplo, 1 ~ 6). Incluso si su batería no tiene una placa BMS, puede cargar su batería de ión de litio con este cargador de batería para lograr un equilibrio.


Tabla de equilibrio


Cuando use un cargador de batería equilibrado, también debe conectar el cargador y su batería a la placa de equilibrio seleccionando un zócalo específico de la placa de equilibrado.


Módulo de circuito de protección (PCM)


La placa de PCM es una placa electrónica que está conectada a la batería LIFEPO4 y su función principal es proteger la batería y al usuario del mal funcionamiento.


Para garantizar un uso seguro, la batería LIFEPO4 debe operar bajo parámetros de voltaje muy estrictos. Dependiendo del fabricante y la química de la batería, este parámetro de voltaje varía entre 3.2 V por celular para baterías descargadas y 3,65 V por celda para baterías recargables. La placa PCM supervisa estos parámetros de voltaje y desconecta la batería de la carga o el cargador si se exceden.


En el caso de una sola batería de LIFEPO4 o múltiples baterías de LIFEPO4 conectadas en paralelo, esto se logra fácilmente porque la placa PCM supervisa los voltajes individuales. Sin embargo, cuando se conectan múltiples baterías en serie, la placa PCM debe monitorear el voltaje de cada batería.


Tipos de balance de baterías


Se han desarrollado varios algoritmos de equilibrio de la batería para la batería LIFEPO4. Se divide en métodos de equilibrio de batería pasivos y activos basados ​​en voltaje de batería y SOC.


Batería pasiva Equilibrio


Batería pasiva Equilibrio


La técnica de equilibrio de la batería pasiva separa el exceso de carga de una batería LIFEPO4 totalmente energizada a través de elementos resistivos y le da a todas las células un cargo similar a la carga más baja de la batería LIFEPO4. Esta técnica es más confiable y utiliza menos componentes, lo que reduce el costo general del sistema. Sin embargo, la tecnología reduce la eficiencia del sistema, ya que la energía se disipa en forma de calor que genera pérdida de energía. Por lo tanto, esta tecnología es adecuada para aplicaciones de baja potencia.


Equilibrio de batería activa


Equilibrio de batería activa


El equilibrio de carga activo es una solución a los desafíos asociados con las baterías LIFEPO4. La técnica de equilibrio de células activas descarga la carga de la batería de LIFEPO4 de la energía superior y la transfiere a la batería de LIFEPO4 de menor energía. En comparación con la tecnología de equilibrio de células pasivas, esta técnica ahorra energía en el módulo de la batería LIFEPO4, lo que aumenta la eficiencia del sistema y requiere menos tiempo para equilibrar entre las celdas de la batería LIFEPO4, lo que permite que las corrientes de carga más altas. Incluso cuando la batería LIFEPO4 está en reposo, incluso las baterías de LIFEPO4 perfectamente coincididas pierden la carga a diferentes velocidades porque la tasa de auto-descarga varía según el gradiente de temperatura: un aumento de 10 ° C en la temperatura de la batería ya duplica la velocidad de descarga automática. . Sin embargo, el equilibrio de carga activo puede restaurar las células al equilibrio, incluso si están en reposo. Sin embargo, esta técnica tiene circuitos complejos, lo que aumenta el costo general del sistema. Por lo tanto, el equilibrio de células activas es adecuado para aplicaciones de alta potencia. Hay varias topologías de circuitos de equilibrio activo clasificados de acuerdo con los componentes de almacenamiento de energía, como los condensadores, los inductores / transformadores y los convertidores electrónicos.


En general, el sistema de gestión de baterías activo reduce el costo general de la batería LIFEPO4 porque no requiere sobredimensionamiento de las células para compensar la dispersión y el envejecimiento desigual entre las baterías LIFEPO4. La administración de la batería activa se vuelve crítica cuando las células viejas se reemplazan con celdas nuevas y existe una variación significativa dentro de la batería LIFEPO4. Dado que los sistemas de gestión de batería activos permiten instalar celdas con grandes variaciones de parámetros en los paquetes de baterías LIFEPO4, los rendimientos de producción aumentan mientras que la garantía y los costos de mantenimiento disminuyen. Por lo tanto, los sistemas de gestión de baterías activos benefician el rendimiento, la confiabilidad y la seguridad de la batería, al tiempo que ayudan a reducir los costos.


Resumir


Para minimizar los efectos de la deriva de voltaje celular, los desequilibrios deben ser moderados adecuadamente. El objetivo de cualquier solución de equilibrio es permitir que la batería LIFEPO4 funcione en su nivel de rendimiento previsto y extienda su capacidad disponible.

El equilibrio de la batería no solo es importante para mejorar el rendimiento yCiclo de vida de las baterías.También agrega un factor de seguridad a la batería LIFEPO4. Una de las tecnologías emergentes para mejorar la seguridad de la batería y extender la vida útil de la batería. A medida que la nueva tecnología de equilibrado de la batería rastrea la cantidad de equilibrio requerido para las células LIFEPO4 individuales, se extiende la vida útil de la batería LIFEPO4 y mejora la seguridad general de la batería.