Povezovanje prizmatičnih celic LiFePO4
Kako pravilno povezujemo LiFePO4 (LFP) celice v baterijske sklope?
Prizmatične LiFePO4 (LFP) celice lahko povezujemo zaporedno (serijsko) ali vzporedno (paralelno) in tako sestavimo baterijski sklop z želeno napetostjo in kapaciteto. Pri tem je pomembno, da so celice medsebojno ustrezno usklajene, električne povezave pravilno izvedene, celoten sklop pa zaščiten z ustreznim sistemom BMS.
Zaradi širokega izbora kapacitet LFP celic je pogosto mogoče sestaviti baterijski sklop z želeno kapaciteto že z zaporedno povezavo celic, brez dodatnega vzporednega povezovanja.
Kakšna je razlika med zaporedno in vzporedno povezavo?
Zaporedna oziroma serijska povezava povečuje skupno napetost baterijskega sklopa, kapaciteta v Ah pa ostane enaka.
Primer s prizmatičnimi LFP celicami 3,2 V / 100 Ah:
-
4 zaporedno povezane celice: 12,8 V / 100 Ah.
-
8 zaporedno povezanih celic: 25,6 V / 100 Ah.
-
16 zaporedno povezanih celic: 51,2 V / 100 Ah.
Vzporedna oziroma paralelna povezava povečuje skupno kapaciteto, nazivna napetost pa ostane enaka.
Na primer dve vzporedno povezani celici 3,2 V / 100 Ah tvorita sklop z nazivno napetostjo 3,2 V in kapaciteto 200 Ah.
Možne so tudi kombinirane serijsko-vzporedne povezave, vendar zahtevajo ustrezno zasnovo, usklajevanje celic in pravilno izvedbo električnih zaščit.
Zakaj je pomembno izbrati ustrezne celice?
Za sestavljanje baterijskega sklopa je priporočljivo uporabljati celice:
-
Enake kemijske sestave in nazivne kapacitete.
-
Enakega tipa oziroma modela.
-
Primerljive starosti in stanja obrabe.
-
S čim bolj podobno notranjo upornostjo.
-
Z ustrezno usklajenim stanjem napolnjenosti.
Povezovanje različnih ali neenakomerno obrabljenih celic lahko povzroči neuravnoteženost, zmanjšano uporabno kapaciteto in pogostejše izklapljanje zaščitnega sistema.
Zakaj je pred povezovanjem pomembno uravnoteženje celic?
Pred sestavljanjem je treba preveriti napetosti posameznih celic in njihovo stanje napolnjenosti.
Pri LFP tehnologiji razlika v napetosti sama po sebi ni vedno zanesljiv pokazatelj razlike v napolnjenosti, saj imajo celice razmeroma ravno napetostno krivuljo.
Zato splošno pravilo, da napetosti celic ne smejo odstopati za več kot 0,1 V, ni dovolj natančno za vse pogoje.
Pri sestavljanju je treba upoštevati postopek začetnega uravnoteženja, ki ga predpisuje proizvajalec celic oziroma BMS.
Pravilno uravnotežene celice omogočajo boljšo izrabo kapacitete in zmanjšujejo tveganje, da bi posamezna celica med polnjenjem ali praznjenjem prezgodaj dosegla dovoljeno napetostno mejo.
Kako se celice mehansko in električno povezujejo?
Za povezovanje prizmatičnih celic se običajno uporabljajo namenski kovinski povezovalni elementi, pogosto imenovani busbar, ter ustrezni vijaki in drugi pritrdilni elementi.
Pri sestavljanju je treba zagotoviti:
-
Pravilno polariteto vseh povezav.
-
Ustrezno dimenzionirane električne povezave.
-
Čiste in nepoškodovane kontaktne površine.
-
Privijanje priključkov z navorom, ki ga določa proizvajalec.
-
Zaščito pred kratkim stikom in nenamernim dotikom priključkov.
-
Ustrezno mehansko pritrditev in izolacijo celic.
Nekatere prizmatične celice zahtevajo tudi določeno mehansko stiskanje oziroma podporo, da se med uporabo omeji njihovo raztezanje. Takšna izvedba mora slediti navodilom proizvajalca.
Prekomerno stiskanje ali nepravilna pritrditev lahko celice poškodujeta.
Zakaj je pri sestavljenem baterijskem sklopu potreben BMS?
BMS (Battery Management System) je ključni del varnega in zanesljivega LFP baterijskega sklopa.
Njegove glavne naloge so nadzor napetosti posameznih celic, polnilnega in praznilnega toka ter temperature.
BMS mora biti izbran glede na število zaporedno povezanih celic, največje dovoljene tokove in predvideno uporabo.
Pomembna je tudi pravilna povezava merilnih vodnikov BMS, saj lahko nepravilna priključitev povzroči poškodbe elektronike ali celic.
Poleg BMS mora imeti baterijski sklop ustrezne varovalke in druge potrebne električne zaščite.
Ali lahko LFP baterijski sklop sestavimo sami?
Tehnično je mogoče iz posameznih prizmatičnih celic sestaviti baterijski sklop, prilagojen želeni napetosti, kapaciteti in razpoložljivemu prostoru.
Vendar takšno delo zahteva ustrezno elektrotehnično znanje, primerno orodje in poznavanje varnostnih zahtev.
Že posamezna LFP celica lahko ob kratkem stiku odda zelo visok tok, zato nepravilno sestavljanje predstavlja nevarnost požara in resnih poškodb.
Za zahtevnejše aplikacije, zlasti pri večjih kapacitetah in napetostih, priporočamo strokovno zasnovane in sestavljene baterijske sklope.
Kaj je treba preveriti po sestavljanju?
Pred prvo uporabo je treba preveriti pravilnost vseh električnih povezav, napetosti posameznih celic in celotnega sklopa, ustreznost mehanske pritrditve ter pravilno delovanje BMS.
Preveriti je treba tudi nastavitve polnilnika, delovanje zaščit in morebitne zahteve proizvajalca glede začetnega zagona.
Pravilno povezane LiFePO4 celice omogočajo izdelavo baterijskih sklopov različnih napetosti in kapacitet. Za dolgo življenjsko dobo in varno delovanje pa niso dovolj samo kakovostne celice – ključni so tudi njihova medsebojna usklajenost, pravilna izvedba povezav, ustrezne električne zaščite in zanesljiv sistem BMS.