Potreba za izjednačavanjem litijumske baterije i karakteristike kola punjenja pasivne ekvilizacije
1. Definicija naplate izjednačavanja i neophodnost ekvilizacije
1. Definicija izjednačujućeg naboja:
Equalizing charging je skraćeno izjednačujuće punjenje, što je punjenje ekvilizacijskih karakteristika baterije. Odnosi se na neravnotežu napona na terminalu baterije zbog individualnih razlika u bateriji, temperaturnih razlika i drugih razloga tokom korištenja baterije. Kako bi se izbjeglo pogoršanje ovog trenda neravnoteže, potrebno je povećati napon punjenja baterije, te puniti bateriju na uravnotežen način, kako bi se izbalansirale karakteristike svake baterijske ćelije u bateriji i produžile trajanje baterije. vijek trajanja baterije.
Equalization punjenje je u srednjoj i kasnoj fazi procesa punjenja baterije. Kada napon ćelije baterije dostigne ili premaši granični napon, kolo za balansiranje počinje raditi kako bi smanjilo struju ćelije baterije kako bi ograničio napon ćelije baterije da ne bude veći od napona prekida punjenja. Jedina funkcija izjednačavanja punjenja je sprečavanje prepunjavanja, a to će donijeti negativne efekte prilikom korištenja pražnjenja.
Kada koristite ekvilizacijsko punjenje, baterija malog kapaciteta nije prepunjena, a količina energije koja se može osloboditi je manja od snage koja se može osloboditi kada se ekvilajzer ne koristi za lagano prekomjerno punjenje, što dovodi do pražnjenja ćelije baterije. vrijeme kraće i moguće prekomjerno pražnjenje Seks je još veći.
2. Neophodnost izjednačavanja punjenja:
Sa trenutnim nivoom i tehnologijom proizvodnje litijumskih baterija, u procesu proizvodnje ćelija litijumskih baterija, postojaće suptilne razlike između svake ćelije litijumske baterije, što je problem konzistentnosti. Nedosljednost se uglavnom manifestira u ćeliji litijumske baterije. Kapacitet, unutrašnji otpor, brzina samopražnjenja, efikasnost punjenja-pražnjenja, itd. Nedoslednost ćelija litijumske baterije prenosi se na litijumsku bateriju, što će neizbežno dovesti do gubitka litijumske baterije's kapacitet, što zauzvrat dovodi do smanjenja života.
U procesu korištenja sklopljene litijumske baterije pojavit će se i nedosljednost monomera zbog stupnja samopražnjenja i temperature dijelova. Nedosljednost monomera litijumske baterije utiče na punjenje i pražnjenje litijumske baterije. karakteristika. Studije su pokazale da će razlika od 20% u kapacitetu ćelija litijumskih baterija dovesti do oko 40% gubitka kapaciteta litijumskih baterija.
Značenje balansa litijumske baterije je upotreba tehnologije energetske elektronike kako bi se odstupanje napona ćelije litijum-ionske litijumske baterije ili napona litijumske baterije za napajanje zadržalo u očekivanom rasponu, kako bi se osiguralo održavanje svake pojedinačne litijumske baterije. tokom normalne upotrebe. Isto stanje kako bi se izbjegla pojava prekomjernog punjenja i prekomjernog pražnjenja. Ako se kontrola balansa ne provodi, kako se ciklusi punjenja i pražnjenja povećavaju, napon svake pojedinačne litijumske baterije će se postepeno razlikovati, a životni vijek će se znatno smanjiti.
Nekonzistentnost ćelija litijumske baterije će se dalje pogoršavati tokom vremena pod uticajem nasumičnih faktora kao što je temperatura. U normalnim okolnostima, kada je temperatura radnog okruženja litijumske baterije za 10°C viša od njene optimalne temperature, životni vek litijumske baterije će se smanjiti za polovinu. Zbog velikog broja sistema litijumskih baterija za vozila u serijama, uglavnom između 88 i 100 serija, njihov kapacitet je uglavnom 20 do 60kWh, a lokacija svakog niza litijumskih baterija je različita, što će uzrokovati temperaturnu razliku.
Čak i u istoj kutiji za napajanje, postojat će temperaturna razlika zbog lokacije i zagrijavanja litijumske baterije, a ova temperaturna razlika će imati veliki negativan utjecaj na vijek trajanja litijumske baterije, uzrokujući litijumsku bateriju. da izgleda neuravnoteženo, a domet krstarenja će se smanjiti. , Životni vijek ciklusa je skraćen. Upravo zbog ovih problema ne može se u potpunosti iskoristiti kapacitet čitavog baterijskog sistema, što uzrokuje gubitke akumulatorskog sistema, a ublažavanje takvih gubitaka u sistemu će uvelike produžiti vijek trajanja akumulatorskog sistema.
Konzistentnost između ćelija litijumske baterije je najizravniji i najvažniji uticaj na kapacitet litijumske baterije, jer je kapacitet litijumske baterije parametar koji se ne može direktno izmeriti u kratkom vremenu, ali kapacitet ćelije litijumske baterije je Postoji korespondencija jedan-na-jedan između napona otvorenog kola. Napon ćelije litijumske baterije može se meriti onlajn u realnom vremenu, što ga čini povoljnim uslovom za merenje nivoa konzistencije ćelije litijumske baterije. U strategiji upravljanja sistemom upravljanja baterijama postoje uvjeti završetka pražnjenja, uvjeti završetka punjenja, itd., gdje se vrijednost napona ćelije litijumske baterije koristi kao uslov okidanja.
Za parametar u ovoj poziciji, prevelika razlika u konzistenciji napona ćelija litijumske baterije direktno ograničava snagu punjenja i pražnjenja litijumske baterije. Na osnovu ovoga, korištenje metode izjednačavanja litijumske baterije za rješavanje problema prekomjerne razlike napona litijumske baterije koja je već u pogonu je efikasna mjera za povećanje kapaciteta litijumske baterije i produženje vijeka trajanja baterije. litijumsku bateriju.
Drugo, prednosti i nedostaci pasivne ravnoteže
U upravljanju izjednačavanjem litijumskih baterija, trenutne metode za izjednačavanje napona serijsko-paralelnih litijumskih baterijskih paketa se dele na pasivno izjednačavanje i aktivno izjednačavanje. Općenito, bilans tipa potrošnje energije definira se kao pasivni balans. Pasivni balans koristi otpornike da troše energiju visokonaponskih ili visokonapunjenih baterija kako bi se postigla svrha smanjenja jaza između različitih baterija. To je tip koji troši energiju. uravnotežen. Trenutno postoji mnogo sistema upravljanja baterijama koji usvajaju pasivnu ravnotežu na tržištu. Budući da se tehnologija pasivnog balansa primjenjuje na tržištu litijumskih baterija prije aktivne ravnoteže, tehnologija je relativno zrela, a struktura pasivne ravnoteže je jednostavnija i šire se koristi.
Upravljanje balansom litijumskih baterija uključuje balans napona, balans struje i temperaturni balans. Među njima je najosnovniji balans napona litijumskih baterija, odnosno naponski balans ćelija litijumskih baterija u serijskim litijumskim baterijama. Slično tome, trenutni balans se odnosi na ravnotežu struje svake ćelije litijumske baterije u litijumskom baterijskom paketu paralelno.
U litijumskim baterijama, razlog zašto performanse ćelija litijumskih baterija prebrzo opadaju je taj što je struja nedosledna, a pojedinačne ćelije rade u preopterećenim uslovima, što dovodi do prekomernog pada performansi. Temperaturna razlika ćelija litijumske baterije uzrokovana je nedosljednim stvaranjem topline i nedosljednim rasipanjem topline. Trenutno se temperaturni balans litijumskih baterija uglavnom rješava fizičkim metodama kao što su prirodno hlađenje zraka, prisilno hlađenje zraka i hlađenje tekućinom.
Pošto pasivno izjednačavanje koristi otpornike za potrošnju energije, stvara se toplota, a struja ekvilizacije je mala, što smanjuje efikasnost čitavog sistema. Na osnovu zahtjeva upravljanja toplinom, pasivno izjednačavanje može se izjednačavati samo dio po dio. Litijumske baterije su veoma osetljive na toplotu, te je neophodno apsolutno izbegavati povećanje spoljne temperature. Pasivno izjednačavanje će uzrokovati lokalno zagrijavanje litijumske baterije, a visoka temperatura će povećati stopu kvarova komponenti. Iz tog razloga, s obzirom na toplinu koju stvara pasivna ravnoteža, postavljaju se posebni zahtjevi za sigurnost i konstrukcijski dizajn litijumskih baterija.
3. Princip rada pasivne ravnoteže
Pasivno izjednačavanje generalno prazni litijumske baterije sa višim naponom kroz otporno pražnjenje i oslobađa električnu energiju u obliku toplote, kako bi se dobilo više vremena punjenja za druge litijumske baterije. Tokom procesa punjenja, litijumska baterija generalno ima gornju graničnu vrednost zaštitnog napona punjenja. Ako napon tokom punjenja premaši ovu vrijednost, koja je uobičajeno poznata kao"prepunjenje", litijumska baterija može izgorjeti ili eksplodirati.
Stoga, zaštitna ploča litijumske baterije općenito ima funkciju zaštite od prekomjernog punjenja kako bi spriječila prenapunjenje litijumske baterije. Odnosno, kada niz litijumskih baterija dostigne ovu vrednost napona, zaštitna ploča litijumske baterije će prekinuti strujni krug i prestati da se puni.
Izjednačavanje napunjenosti je u srednjoj i kasnoj fazi procesa punjenja baterije, kada napon ćelije baterije dostigne ili premaši granični napon, krug za izjednačavanje počinje da radi kako bi smanjio struju ćelije baterije, kako bi ograničio napon ćelije baterije ne smije biti veći od napona prekida punjenja. Jedina funkcija izjednačavanja punjenja je sprečavanje prepunjavanja, a to će donijeti negativne efekte prilikom korištenja pražnjenja. Kada se koristi izjednačavanje punjenja, ćelija baterije malog kapaciteta nije prepunjena, a količina energije koja se može osloboditi je manja od snage koja se može osloboditi kada se ekvilajzer ne koristi za lagano prekomjerno punjenje, što dovodi do pražnjenja ćelije baterije. vrijeme kraće i moguće prekomjerno pražnjenje Seks je još veći.
Šematski dijagram gubitka kapaciteta litijumske baterije tokom punjenja prikazan je na slici 1. Na slici 1, terminalni napon 2# litijumske baterije se prvo puni do podešene vrednosti zaštitnog napona, što pokreće zaštitni mehanizam zaštitnog kruga litijumske baterije i zaustavlja litijum Punjenje kompleta baterija za napajanje direktno uzrokuje da se 1#, 3## i 4 litijumske baterije ne mogu potpuno napuniti. Potpuni kapacitet punjenja kompletne litijumske baterije ograničen je na 2# litijumsku bateriju, što uzrokuje da se litijumska baterija ne puni u potpunosti. Da bi se komplet litijumskih baterija u potpunosti napunio, pri punjenju se mora koristiti izjednačujući krug punjenja.
Tokom procesa punjenja litijumske baterije, svaka litijumska baterija je opremljena krugom za izjednačavanje kao što je prikazano na slici 2 (svaka litijumska baterija je povezana sa paralelnim krugom za stabilizaciju napona za izjednačavanje), a svaka litijumska baterija se kontroliše od strane kola za izjednačavanje tokom punjenja. Napon litijumske baterije održava svaki niz litijumskih baterija u istom stanju, obezbeđujući performanse i životni vek litijumske baterije.
Ako je napon postavljen krugom za izjednačavanje litijumske baterije 4,2 V, kada litijumska baterija ne dostigne 4,2 V, paralelni krug regulatora napona ne radi, svaka litijumska baterija nastavlja da se puni, a struja punjenja nastavlja da raste proći kroz litijumsku bateriju. Kao što je prikazano na slici 3.
Kada napon terminala 2# litijumske baterije dostigne 4,2V, krug za izjednačavanje počinje da radi i stabilizuje napon na 4,2V, odnosno struja punjenja više neće prolaziti kroz 2# litijumsku bateriju, kao što je prikazano na slici 4. Na ovaj način, vrijeme punjenja litijumskih baterija 1#, 3# i 4# je odgovarajuće produženo, čime se povećava snaga cijelog paketa litijumskih baterija. Međutim, 100% ispražnjene snage litijumske baterije br. 2 pretvara se u oslobađanje toplote, što uzrokuje mnogo otpada (odvođenje toplote litijumske baterije br. 2 je gubitak sistema i gubitak energije ).
Princip rada kola regulatora šanta prikazanog na slici 2 je: TL431 je referentni napon, a napon se podešava na 4,2V podešavanjem promjenjivog otpora. Ako su dva kraja litijumske baterije manja od 4,2V, TL431 ne apsorbuje struju, odnosno Ib=0 ispod, tako da je Ic=0, tranzistor se prekida, a struja punjenja i dalje prolazi kroz litijum baterija za napajanje. Ako oba kraja litijumske baterije dostignu 4,2V, TL431 počinje da apsorbuje struju, Ib>0, a struja punjenja (tj. Ic) prolazi kroz triodu i ne prolazi kroz litijumsku bateriju, tj. , litijumska baterija se više ne puni.
Tri diode IN4001 spojene serijski u krug djeluju kao djelitelj napona, koji može smanjiti snagu raspršenu na tranzistoru TIP42. Ako ove tri diode IN4001 nisu povezane, snaga rasipanje na tranzistoru TIP42: P=4,2V×struja punjenja, nakon dodavanja diode IN4001, P=(4,2V-3×0,7V)×struja punjenja. Dioda koja emituje svjetlost krajnje desno ima funkciju indikacije. Lampica je upaljena, što pokazuje da je napon dostigao 4,2V, odnosno da je baterija koja odgovara ovom krugu za izjednačavanje potpuno napunjena.
Četvrto, karakteristike kola za izjednačavanje punjenja zasnovane na otporu šanta
Najjednostavniji krug ravnoteže je balans potrošnje opterećenja, to jest, otpornik je spojen paralelno na svaku litijumsku bateriju, a prekidač je povezan serijski za kontrolu. Kada je napon litijumske baterije previsok, prekidač se uključuje i struja punjenja se prebacuje kroz otpornik. Na taj način, visokonaponska litijumska baterija ima malu struju punjenja, a niskonaponska litijumska baterija ima veliku struju punjenja. Na ovaj način se napon litijumske baterije može izbalansirati, ali se ova metoda može primijeniti samo na litijumske baterije malog kapaciteta. To je nerealno za kapacitet litijumske baterije.
Povežite otpornike paralelno na oba kraja ćelije litijumske baterije kako biste omogućili otporu da potroši dio energije litijumske baterije. Postoje dva oblika paralelnog otpora. Jedna je fiksna veza. Otpornik je spojen paralelno na oba kraja litijumske baterije dugo vremena. Napon ćelije litijumske baterije Kada je visok, struja kroz otpornik je velika i troši više energije. Kada je napon litijumske baterije nizak, otpornik troši manje energije. Kroz karakteristiku otpora osjetljivu na pritisak, ostvaruje se ravnoteža napona terminala litijumske baterije. Ovo je teoretski izvodljiva metoda i rijetko se koristi u praksi.
Analizirati neophodnost izjednačavanja litijumske baterije i karakteristike kola punjenja pasivne ekvilizacije
Drugi način paralelnog povezivanja otpornika je paralelno povezivanje otpornika na oba kraja ćelije kroz sklopnu petlju. Prekidač se pokreće signalom iz sistema upravljanja. Kada sistem utvrdi koji je napon ćelije ili SOC visok, on povezuje svoj paralelni otpor da bi potrošio svoju energiju.
Princip balansiranog punjenja zasnovanog na otporu šanta prikazan je na slici 5, odnosno svaka ćelija litijumske baterije je povezana paralelno sa otporom šanta. Iz kola prikazanog na slici 5, može se vidjeti da struja šanta na otporu mora biti mnogo veća od struje litijumske baterije. Struja samopražnjenja može postići efekat uravnoteženog punjenja. Generalno, struja samopražnjenja litijumske baterije je oko C/20000, tako da je C/200 prikladniji za struju koja teče kroz šant otpornik. Osim toga, devijacija svakog otpora šanta je takođe važan faktor koji utiče na efekat izjednačavanja. Nakon određenog broja ciklusa punjenja i pražnjenja, odstupanje ćelije litijumske baterije može se odrediti sljedećom formulom:
Analizirati neophodnost izjednačavanja litijumske baterije i karakteristike kola punjenja pasivne ekvilizacije
Gdje je: VC odstupanje napona litijumske baterije; R je otpor šanta; I je struja samopražnjenja litijumske baterije; VD je napon ćelije litijumske baterije; K je devijacija otpora.
Ako je otpor šanta 20Ω±0,05%, devijacija napona litijumske baterije može se kontrolisati unutar opsega od 50mV. Prosječna snaga svakog otpornika je 0,72 W, ali šant otpornik uvijek troši energiju bez obzira na proces punjenja ili proces pražnjenja litijumske baterije.
Princip balansiranog punjenja zasnovanog na otporu šanta uz dodatak prekidača za uključivanje/isključivanje prikazan je na slici 6. Razlika između balansiranog punjenja on-off shunt otpornikom i balansiranog punjenja otpornim šantom je dodavanje prekidača za uključivanje/isključivanje, koji može se kontrolisati softverom upravljačkog sistema, može se realizovati i jednostavnim logičkim sklopovima. Krug za izjednačavanje koji usvaja ovaj način upravljanja radi samo u dijelu punjenja konstantnog napona punjenja litijumske baterije, a prekidač za uključivanje/isključivanje uvijek je isključen u drugim vremenima, tako da kada se litijumska baterija za napajanje isprazni, otpornik za šuntiranje ne radi troše energiju. Ali glavni nedostatak ovog kola je da je stopa kvara prekidača za uključivanje-isključivanje relativno visoka i potrebna su redundantna sredstva.
