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La batteria in realtà funziona del tutto normalmente, ma nell'app improvvisamente viene visualizzata una più grande Differenza di tensione della cella visualizzata, talvolta persino nell'intervallo di diverse decine di millivolt (mV). Questo fa sorgere rapidamente il timore che ci sia un difetto nella batteria.
In effetti, la differenza di tensione tra le celle durante il processo di carica di una Batteria LiFePO₄ non sempre costante. Soprattutto verso la fine del processo di ricarica, un aumento della differenza di tensione delle celle è spesso un fenomeno normale e non significa automaticamente che la batteria sia difettosa. Questo comportamento è legato alla caratteristica Curva di tensione di LiFePO₄`, la corrente di carica, piccole differenze tra le singole celle nonché la Logica di bilanciamento BMS insieme.
Se una differenza di tensione delle celle sia normale o meno può essere valutato solo in relazione allo stato attuale della batteria: con il SOC, se la batteria è ancora collegata al caricabatterie, come cambiano i valori dopo una fase di riposo e se contemporaneamente si verificano ulteriori anomalie.
1. Qual è la differenza di tensione della cella?
Die differenza di tensione delle celle indica la deviazione di tensione tra le singole celle all'interno di un pacco batteria.
In una tipica Batteria LiFePO₄ da 12V besteht meestal uit 4 celle collegate in serie, cioè di una cosiddetta Struttura 4S. Ogni cella possiede la propria tensione singola. Il BMS controlla questi valori in tempo reale e li mostra tramite l'app.
| Zella | Tensione |
|---|---|
| Cella 1 | 3.55V |
| Cella 2 | 3.50V |
| Cella 3 | 3.46V |
| Cella 4 | 3.42V |
In questo esempio, la tensione più alta della singola cella è 3.55V e la più bassa è 3.42V.
Differenza di tensione della cella: 3.55V − 3.42V = 0.13V, anche 130mV.
Piccola differenza: Le condizioni delle singole celle sono molto simili tra loro.
Grande differenza: Alcune cellule iniziano, in questo stato, a differenziarsi più nettamente dalle altre.
Wichtig ist: La differenza di tensione delle celle non è un valore fisso, ma un parametro dinamico. Cambia con la carica, la scarica, la fase di riposo, la temperatura della batteria, il SOC e l'attuale stato di bilanciamento del BMS.
2. Perché la differenza aumenta durante la ricarica?
Presso Batterie LiFePO₄ la differenza di tensione delle celle durante il processo di carica, in particolare verso la fine della carica, diventa spesso più chiaramente visibile. Non è una coincidenza, ma è legato alle proprietà elettriche di questa chimica.
2.1 Il livello di tensione è molto piatto nell'intervallo SOC medio
celle LiFePO₄ possiedono una caratteristica molto tipica: nell'intervallo medio dello stato di carica, la curva di tensione è estremamente piatta.
Se la batteria si trova circa nell'area di dal 20 % all'80 % SOC si trova, la tensione cambia solo leggermente. Piccole differenze nella capacità, nella resistenza interna o nell'accettazione della carica delle singole celle sono quindi appena visibili tramite la tensione.
Solo quando la batteria si avvicina allo stato di carica completo, la curva di tensione diventa sensibilmente più ripida. Questo significa: anche con una piccola capacità aggiuntiva assorbita, la tensione della cella può aumentare rapidamente. Se una cella raggiunge la soglia superiore leggermente prima delle altre, la sua tensione aumenta più rapidamente rispetto a quella delle altre celle.
Il motivo è che la tensione, quando è vicina alla carica completa, reagisce in modo molto sensibile ai minimi cambiamenti di stato. In questa fase, piccole differenze diventano fortemente visibili.
2.2 La corrente di carica provoca differenze di tensione momentanee
Je più alta è la corrente di carica, tanto più chiaramente si manifesta questo effetto. A causa di piccole differenze nella resistenza interna, nella temperatura, nello SOC e nello stato delle celle, singole celle possono presentare tensioni istantanee diverse sotto la stessa corrente di carica.
Se durante la ricarica una determinata cella nell'app aumenta di tensione più rapidamente rispetto alle altre, ciò non significa quindi automaticamente che questa cella sia anomala. Potrebbe trattarsi semplicemente di un comportamento momentaneo sotto carico.
2.3 Condizioni per il bilanciamento del BMS
Molti batterie LiFePO₄ utilizzare un bilanciamento passivo. Questo bilanciamento passivo di norma inizia solo quando singole celle entrano in un intervallo di tensione più elevato. In questo processo, una parte dell'energia delle celle con tensione più alta viene lentamente dissipata, affinché si avvicinino alle altre celle. Questa compensazione non avviene immediatamente. Richiede tempo e la corrente di bilanciamento di solito non è particolarmente elevata.
Inoltre vale quanto segue: se nella vita quotidiana la batteria viene caricata solo raramente fino a un intervallo di tensione elevato, questo ha BMS spesso non c'è abbastanza occasione per effettuare un efficace bilanciamento superiore. Se, ad esempio, nella vita quotidiana la batteria viene regolarmente scollegata dalla ricarica già al 70 % o 80 %, solo raramente raggiunge l'intervallo in cui il bilanciamento può funzionare correttamente. Con il tempo possono quindi accumularsi piccole differenze tra le celle. In una successiva ricarica completa fino a quasi il pieno, la differenza diventa poi più chiaramente visibile.
Wichtig: Per permettere al BMS di bilanciare, devono essere soddisfatte due condizioni: in primo luogo la batteria deve raggiungere un intervallo di tensione adeguato, in secondo luogo il sistema necessita di tempo sufficiente.
3. Quando la differenza è normale, quando è evidente?
Ob una differenza di tensione tra le celle sia insolita dipende innanzitutto dallo stato attuale della batteria. Lo stesso valore di tensione può significare qualcosa di completamente diverso a seconda della situazione.
| Stato | Comportamento della differenza | Valutazione |
|---|---|---|
| Fine di caricamento | La differenza aumenta brevemente | Per lo più normale |
| 30–60 minuti dopo aver scollegato il caricabatterie | La differenza diminuisce notevolmente | Per lo più normale |
| SOC medio a riposo | La differenza rimane piccola | Normale |
| Anche dopo la fase di riposo, costantemente oltre 100mV | Rimane ampio a lungo termine | Weiter prüfen |
| Sempre la stessa cella nettamente troppo bassa | Ripetutamente vistoso | Osservare |
| Una cella sale ripetutamente durante la ricarica inizialmente verso la protezione da alta tensione | Regolarmente evidente | Prüfare |
| La batteria attiva frequentemente le funzioni di protezione | Accompagnamento alle anomalie | Controllare il sistema/la batteria |
| Durante la scarica, una cella si scarica sensibilmente più velocemente | Differenze sotto carico | Controllare la consistenza delle celle/lo stato della batteria |
La valutazione più affidabile avviene da più punti di vista:
Erstens: Prestare attenzione al momento in cui si verifica la differenza. Se lo scostamento compare soprattutto alla fine del processo di ricarica e diventa sensibilmente maggiore solo con il caricabatterie collegato, di solito questo indica piuttosto un normale comportamento dinamico. Se invece la differenza rimane costantemente e sensibilmente elevata anche nella fascia SOC intermedia tra il 30 % e l'80 % e a riposo, allora conviene esaminare la situazione più attentamente.
Secondo: Verificare se la differenza si riduce nuovamente. Se, dopo aver scollegato il caricabatterie e dopo un periodo di riposo, la differenza di tensione diminuisce chiaramente, ciò indica che sono soprattutto gli effetti di carica momentanei a esserne responsabili. Se anche dopo 1–2 ore di riposo rimane elevata e ciò è riproducibile più volte, sono opportuni ulteriori controlli.
Terzo: Osservare se si verificano anche ulteriori problemi di utilizzo. La sola differenza di tensione è soltanto un valore di riferimento. Se la batteria funziona normalmente nell'uso pratico, di solito non c'è motivo di reagire in modo eccessivo. Tuttavia, se compaiono contemporaneamente sintomi come una carica completa non raggiunta, un'interruzione anticipata della ricarica, uno spegnimento improvviso durante la scarica, frequenti disattivazioni di protezione del BMS o una singola cella che continua a discostarsi fortemente, allora questo non dovrebbe più essere considerato solo una normale fluttuazione della differenza.
4. Valutare correttamente i dati dell'app
Eine Batteria LiFePO₄ con app Bluetooth fornisce molti dati interni. Questo è molto utile, a condizione che questi valori vengano interpretati correttamente. Quando si guarda nell'app, è necessario prestare particolare attenzione ai seguenti punti:
La batteria si sta caricando? Se la batteria si sta caricando in questo momento, soprattutto con una corrente di carica ancora relativamente elevata, le tensioni delle celle sono valori dinamici sotto carico. In questo stato, la differenza di tensione è solo un valore di riferimento e non ancora una valutazione finale affidabile.
Il SOC è già quasi pieno? Im Bereich der oberen Ladung wird die Spannungskurve von LiFePO₄ steeper. In questa fase precisa, la differenza di tensione tra le celle diventa più visibile.
La differenza si recupera dopo una fase di riposo? Das ist uno dei punti di controllo più importanti. Se la differenza rimane ancora elevata per un periodo più lungo anche dopo il riposo, i dati dovrebbero essere annotati e ulteriormente esaminati.
È sempre la stessa cella a risultare notevolmente alta o bassa? Se durante diversi cicli di carica, scarica e riposo la stessa cella si discosta ripetutamente in modo evidente dalle altre, è opportuno monitorarla più attentamente.
5. Come si possono riallineare le cellule?
Wenn la differenza di tensione delle celle si verifica principalmente alla fine della carica e la batteria non mostra chiare anomalie nel funzionamento pratico, si può aiutare con una modalità di carica adeguata affinché il BMS può eseguire il bilanciamento delle celle.
Usare un caricabatterie adatto: Un adatto Caricabatterie LiFePO₄ bringa la batteria in modo affidabile nell'intervallo di tensione corretto in cui il BMS può bilanciare. Se la tensione di carica è troppo bassa, l'intervallo di bilanciamento superiore potrebbe non essere mai raggiunto. La batteria continuerà comunque a funzionare normalmente, ma piccole differenze tra le celle possono accumularsi lentamente.
Caricare completamente di tanto in tanto: Se la batteria viene utilizzata per lungo tempo solo nella fascia SOC media o bassa, il BMS spesso ha troppo poche occasioni per il bilanciamento. Proprio in sistemi solari oppure sistemi per camper questo profilo di utilizzo è frequente.
Lasciare collegato anche dopo la ricarica completa: Se la differenza di tensione tra le celle diventa visibile soprattutto alla fine del processo di ricarica, dopo che la batteria ha raggiunto la carica completa la si può lasciare collegata ancora per un po' a un caricabatterie adatto. In questo modo il BMS ha più tempo per bilanciare gradualmente le celle.
Nach dem Laden lasciare riposare per 30 minuti e poi controllare nuovamente: Questa operazione riduce gli effetti della corrente di carica, della carica superficiale e della polarizzazione momentanea. Le tensioni delle singole celle si avvicinano così maggiormente a uno stato stabile.
È importante notare che la compensazione non avviene subito. Richiede un intervallo di tensione adeguato e tempo sufficiente.
6. Riepilogo
Se in una Batteria LiFePO₄ wenn die differenza di tensione tra le celle aumenta durante il processo di carica, questo è spesso un comportamento normale, soprattutto quando la batteria è quasi completamente carica. Il motivo è che la tensione delle celle aumenta molto rapidamente nella parte alta dell'intervallo di carica e così piccole differenze di capacità o di resistenza interna diventano più evidenti.
Per gli utenti, la cosa più importante è caricare regolarmente completamente la batteria, il BMS dare tempo sufficiente al bilanciamento e al App dati interpretare correttamente. Solo così è possibile garantire un funzionamento stabile a lungo termine del sistema di batterie.
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