Kas yra aktyvus LiFePO4 baterijų balansavimas ir kodėl „WattCycle“ jį naudoja?

Jūs atlikote teisingą įkrovimo procedūrą. Baterija neviršija vardinės talpos. Tačiau laikui bėgant kažkas negerai: baterija, kuri anksčiau buvo greitai įkraunama, dabar atrodo, kad visiškai įkraunama ilgiau arba sistema išsijungia anksčiau nei tikėtasi, nors vardinė talpa rodo, kad energijos dar turėtų būti likę. Tai nėra atsitiktiniai sutrikimai ir nėra brokuoto produkto požymiai.

Daugeliu atvejų pagrindinė priežastis yra daug dažnesnė daugiaelementėse ličio geležies fosfato sistemose: laipsniškas elementų įtampos svyravimas. Gerai dokumentuotas elektrocheminis reiškinys, kuris palaipsniui išsivysto bet kurioje daugiaelementėje ličio geležies fosfato akumuliatorių sistemoje, patiriančioje pakartotinius įkrovimo ir iškrovimo ciklus. Nevaldomas šis svyravimas tyliai mažina kitaip geros baterijos veikimą iš vidaus.

Nes bet kokiu atveju LiFePO4 akumuliatorius, Keli elementai yra sujungti nuosekliai, kad būtų pasiekta reikiama sistemos įtampa. Laikui bėgant ir dėl pasikartojančių įkrovimo ir iškrovimo ciklų, nedideli skirtumai tarp atskirų elementų gali sukelti jų įkrovos būsenos skirtumus. Tai vartotojams kelia du svarbius klausimus. Kas pirmiausia sukelia šį elementų dreifą ir kaip aktyvus balansavimas jį ištaiso?

Turinys

• Kodėl LiFePO4 ląstelės laikui bėgant išsiskiria
• Kas yra aktyvus balansavimas?
• Aktyvus balansavimas ir pasyvus balansavimas
• 4 būdai, kaip aktyvus balansavimas keičia jūsų akumuliatoriaus veikimą
• Kodėl „WattCycle“ standartiškai naudoja aktyvųjį balansavimą
• Išvada

Kodėl LiFePO4 ląstelės laikui bėgant išsiskiria

LiFePO4 akumuliatorius nėra vienas energijos kaupimo įrenginys. Tai atskirų nuosekliai sujungtų elementų rinkinys. Nors kiekvienas elementas pagamintas pagal apibrėžtą specifikaciją, nėra dviejų visiškai identiškų elementų. Nedideli talpos, vidinės varžos ir savaiminio išsikrovimo greičio skirtumai yra būdingi elektrocheminiam gamybos procesui ir yra kiekviename kelių elementų pakete, nepriklausomai nuo prekės ženklo ar gamybos kokybės.

Įprastomis eksploatavimo sąlygomis šių nedidelių skirtumų pakanka, kad atsirastų įkrovos būsenos (SoC) skirtumas. Net jei visos ląstelės pradeda įkrovimo ciklą tuo pačiu SoC lygiu, jos jo neužbaigs tiksliai tuo pačiu lygiu. Kartodamiesi per šimtus ciklų, šie laipsniški skirtumai kaupiasi į reikšmingą disbalansą, kai atskiros ląstelės to paties bloko viduje palaipsniui pereina prie skirtingų SoC lygių.

Pasekmė yra išmatuojama ir tiesioginė. Akumuliatoriaus valdymo sistema (AMS) turi apsaugoti kiekvieną akumuliatoriaus elementą, o tai reiškia, kad ji naudoja silpniausią elementą kaip atskaitos tašką tiek įkrovimui, tiek iškrovimui nutraukti. Silpniausias elementas yra tas, kuris pirmas pasiekia savo įtampos ribą. Praktiškai visa akumuliatoriaus naudojama energija yra apribota mažiausiai našaus elemento, neatsižvelgiant į tai, kiek talpos dar turi likę elementai.

Disbalansui didėjant per kelis ciklus, poveikis sustiprėja. Naudojama talpa toliau mažėja, saugaus įkrovimo greitis turi būti mažinamas, siekiant apsaugoti silpniausius elementus nuo per didelės įtampos, o padidėjęs krūvis nesubalansuotiems elementams sutrumpina bendrą akumuliatoriaus tarnavimo laiką.

Tai nėra gamybos defektas ir nėra būdingas tik vienam gamintojui. Su tokia problema susidurs bet kuris prekės ženklas ar gamintojas. Tai esminė elektrocheminė realybė, būdinga nuosekliai sujungtoms ličio elementų sistemoms, ir būtent šiai problemai spręsti sukurtas aktyvus balansavimas.

Kas yra aktyvus balansavimas?

Aktyvus balansavimas – tai elementų valdymo technika, kai veikimo metu krūvis aktyviai perkeliamas iš didesnio įtampos krūvio elementų į mažesnio įtampos krūvio elementus, o ne išsklaidomas įtampos skirtumas kaip šiluma. Tikslas – išlaikyti įtampos krūvio vienodumą visuose akumuliatoriaus elementuose, užtikrinant, kad nė vienas elementas nebūtų žymiai priekyje ar priekyje kitų jokiame įkrovimo ar iškrovimo ciklo momente.

Veikimo lygmeniu akumuliatorių valdymo sistema nuolat stebi kiekvieno atskiro elemento įtampą ir, aptikusi nukrypimą, nukreipia įkrovą abiem kryptimis. Tai nuolatinis procesas, o ne vienkartinė korekcija. AMS realiuoju laiku koreguoja įkrovos paskirstymą, kad visi elementai veiktų siaurame, pastoviame įtampos diapazone.

Naudotojui aktyvus balansavimas veikia visiškai fone. Įprastomis eksploatavimo sąlygomis jam nereikia rankinio konfigūravimo, planinės priežiūros ir jokio įsikišimo. Sistema automatiškai valdo celių lygio balansą nuo pat akumuliatoriaus naudojimo momento.

„WattCycle“ aktyvaus balansavimo sistema veikia nuolatine 3 A balansavimo srove. Šio greičio pakanka reikšmingam SoC poslinkiui ištaisyti ne tik ramybės periodais, bet ir aktyvių įkrovimo bei iškrovimo ciklų metu, o būtent tada realiomis veikimo sąlygomis ląstelių skirtumai išsivysto sparčiausiai.

Aktyvus balansavimas ir pasyvus balansavimas

Pasyvioje balansavimo sistemoje BMS identifikuoja elementus, kurie pasiekė aukštesnę įtampos ciklą (SoC) nei kiti, ir išleidžia perteklinę įtampą per varžinius elementus, paversdama energijos skirtumą šiluma. Aukštesnės įtampos elementai yra sumažinami, kad atitiktų žemesnės įtampos elementus. Energija nėra atgaunama ar perskirstoma. Tai paprastas koregavimo metodas, plačiai naudojamas pigesnių akumuliatorių konstrukcijose, nes reikalingi komponentai yra paprastesni ir pigesni.

Aktyvus balansavimas veikia iš esmės kitokiu principu. Užuot perteklinį krūvį pavertusi šiluma, BMS jį tiesiogiai perduoda iš aukštesnio SoC lygio elementų į žemesnio SoC lygio elementus. Energija, kuri kitaip būtų iššvaistoma, panaudojama atsiliekančių elementų įkrovimui. Baterija išlaiko didesnę bendros įkrovos dalį, o korekcija atliekama nesukuriant nereikalingos šilumos.

Pasyvus balansavimas yra perspektyvus sprendimas mažos apkrovos arba retai cikluojamuose taikymuose, tačiau jis turi išmatuojamų ilgalaikių kompromisų. Balansavimo metodas, kuris veikia miliamperų diapazone ir kaip šalutinį produktą generuoja šilumą, yra mažiau pasirengęs neatsilikti nuo SoC skirtumų, kurie atsiranda įprasto gilaus ciklavimo metu. Laikui bėgant, šie apribojimai reiškia sumažintą naudojamą talpą, ankstesnius įkrovimo nutraukimus ir trumpesnį bendrą akumuliatoriaus tarnavimo laiką.

Aktyvus balansavimas nesumažina aukščiausių taškų, kad būtų pasiektas vienodumas. Jis padidina žemiausius taškus.Šis skirtumas, išlikęs per tūkstančius įkrovimo ir iškrovimo ciklų, skiria bateriją, kuri išlaiko savo našumą daugelį metų, nuo tos, kuri palaipsniui praranda savo vardinę specifikaciją.

4 būdai, kaip aktyvus balansavimas keičia jūsų akumuliatoriaus veikimą

Techninis aktyvaus balansavimo principas yra paprastas. Tačiau jo pasekmės realiam akumuliatoriaus veikimui apima daug aspektų, kurie tiesiogiai veikia sistemos elgesį per visą jos eksploatavimo laiką. Šie keturi rezultatai parodo, ką aktyvus balansavimas duoda praktiškai.

1. Didesnis naudingas pajėgumas

Kai akumuliatoriaus elementų įkrovos lygiai yra artimi vienas kitam, akumuliatoriaus valdymo sistema nebėra priversta nutraukti įkrovimo ar iškrovimo ciklų pagal silpniausio elemento ribas. Kiekvienas elementas prisideda prie naudojamos akumuliatoriaus galios, o ne prie silpniausio elemento, kuris faktiškai blokuoja dalį šios talpos. Vartotojai kiekvieno ciklo metu gauna prieigą prie didesnės vardinės akumuliatoriaus talpos, nekeisdami sistemos veikimo būdo.

2. Palaikymas didesniam ir pilnesniam įkrovimui

Dėl elementų disbalanso įkrovimo metu kyla viršįtampio rizika. Kai atskirų elementų įkrovos lygiai yra skirtingi, silpniausias arba labiausiai išsivysčiusi elementas gali pasiekti viršutinę įtampos ribą anksčiau, nei likusi akumuliatoriaus dalis bus visiškai įkrauta, todėl BMS sistema bus priversta anksčiau laiko nutraukti ciklą. Aktyvus balansavimas palaiko elementų įkrovimo vienodumą visuose elementuose, pašalindamas sąlygą, kuri sukelia priešlaikinį įkrovimo nutraukimą, ir leisdamas akumuliatoriui priimti didesnes įkrovimo sroves bei nuosekliai pasiekti pilnesnę įkrovimo būseną.

3. Mažesnė šiluminė galia eksploatacijos metu

Pasyvus balansavimas generuoja šilumą, nes perteklinis krūvis išsklaidomas per varžinius elementus. Aktyvus balansavimas pašalina šį šilumos šaltinį, perduodant energiją tarp elementų, o ne ją išmetant. Dėl to balansavimo proceso metu sumažėja šiluminė galia, o tai yra reikšmingas pranašumas uždarose instaliacijose, termiškai jautrioje aplinkoje ir taikymuose, kur aplinkos temperatūra jau yra pakilusi.

4. Lėtesnis talpos mažėjimas per eksploatavimo laiką

Elementų disbalansas yra vienas iš pagrindinių veiksnių, lemiančių spartesnį talpos mažėjimą nuosekliai sujungtose ličio baterijose. Elementai, kurie pakartotinai veikia už optimalaus SoC diapazono ribų, kiekvieno ciklo metu patiria didesnį elektrocheminį įtempį, ir šis įtempis laikui bėgant kaupiasi ir sukelia išmatuojamą talpos sumažėjimą. Nuolat koreguodamas SoC skirtumus, aktyvus balansavimas sumažina šį ciklinį įtempį visuose elementuose, palaikydamas stabilesnį ir nuspėjamesnį našumą per ilgesnį tarnavimo laiką ir pailgindamas intervalą, kol pastebimas reikšmingas talpos sumažėjimas.

Kodėl „WattCycle“ standartiškai naudoja aktyvųjį balansavimą

Elementų disbalansas yra valdomas iššūkis, ir daugelis LiFePO4 akumuliatorių su juo susidoroja tinkamai, atsižvelgiant į jų paskirtį. Aktyvus balansavimas yra reikšmingas žingsnis į priekį: užuot tiesiog valdęs elemento „C“ skirtumų pasekmes, jis tiesiogiai sprendžia šio reiškinio problemą, užtikrindamas, kad visi elementai veiktų glaudžiau suderintai nuo ciklo iki ciklo.

„WattCycle“ savo LiFePO4 gaminių linijoje kaip standartinę funkciją įtraukia aktyvų balansavimą nuolatiniu 3 A greičiu, nes jo teikiama nauda yra akivaizdi ir išmatuojama. Didesnė naudingoji talpa kiekvieno ciklo metu. Pilnesnis ir greitesnis įkrovimas. Mažesnė šiluminė galia veikimo metu. Lėtesnis talpos mažėjimas per visą akumuliatoriaus tarnavimo laiką. Tai nėra nežymūs patobulinimai. Jie yra nuolat ir aktyviai, o ne reaktyviai veikiančios balansavimo sistemos rezultatas.

Vartotojams, kurių sistemoms reikalingas pastovus našumas, patikimas įkrovimas ir stabili talpa daugelį metų reguliariai naudojant, aktyvus balansavimas yra dizaino pranašumas, kuris tampa dar akivaizdesnis, kuo ilgiau akumuliatorius eksploatuojamas. Tai investicija į ilgalaikį našumą, ir ateityje jis bus standartiškai integruotas į kiekvieną „WattCycle LiFePO4“ akumuliatorių.

Išvada

Aktyvus balansavimas yra reikšmingas žingsnis į priekį, kaip LiFePO4 akumuliatoriai susidoroja su vienu iš svarbiausių iššūkių. Elementų disbalansas nėra būklė, kurios galima pašalinti, tačiau ją galima valdyti nuolat, tiksliai ir be jokio vartotojo įsikišimo. Kai tai įmanoma, rezultatai yra išmatuojami: didesnė naudojama talpa, pilnesnis ir greitesnis įkrovimas, žemesnė darbinė temperatūra ir lėtesnis talpos mažėjimas per visą akumuliatoriaus eksploatavimo laiką.

Vartotojams, vertinantiems LiFePO4 baterijas saulės energijos kaupimui, atsarginiam energijos tiekimui, laivams ar bet kokiai kitai paskirčiai, kur svarbus patikimas ilgalaikis veikimas, verta suprasti baterijoje integruotą balansavimo metodą. (Jei nustatote didelio masto sistemos dydį, jums taip pat gali tekti konvertuoti MWh į kWh (kad tiksliai apskaičiuotumėte bendrą energijos poreikį.) Tai vienas iš svarbiausių sistemos projektavimo sprendimų, o jo poveikis stiprėja per daugelį metų reguliaraus naudojimo.

„WattCycle“ integruotas aktyvus balansavimas esant nuolatinei 3 A srovei atspindi paprastą inžinerinį prioritetą: sukurti akumuliatorių, kuris realiomis eksploatavimo sąlygomis veiktų kuo arčiau savo vardinės specifikacijos. Tai yra standartas, kurį atitinka kiekviena „WattCycle“ ličio jonų baterija.