Neophodnost izjednačavanja snage litijumske baterije i karakteristike kola za punjenje pasivnog ekvilizacije
1. Definicija izjednačavanja i neophodnost izjednačavanja
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 upotrebe baterije. Da bi se izbeglo pogoršanje ovog trenda neravnoteže, potrebno je povećati napon punjenja baterijskog paketa i puniti bateriju na izbalansiran način, kako bi se izbalansirale karakteristike svake ćelije baterije u kompletu baterija i produžile trajanje baterije. radni vek baterije.
Ekvilizaciono punjenje je u srednjoj i kasnoj fazi procesa punjenja baterije. Kada napon ćelije baterije dostigne ili premaši granični napon, kolo za balansiranje počinje da radi na smanjenju struje ćelije baterije kako bi se ograničio napon ćelije baterije da ne bude veći od napona prekida punjenja. Jedina funkcija izjednačavanja punjenja je da spreči prekomerno punjenje, a to će doneti negativne efekte tokom upotrebe pražnjenja.
Kada se koristi ekvilizacijsko punjenje, ćelija baterije malog kapaciteta se ne puni, 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. vreme kraće i moguće prekomerno pražnjenje Seks je još veći.
2. Neophodnost izjednačavanja punjenja:
Sa trenutnim nivoom i tehnologijom proizvodnje litijumskih baterija, u procesu proizvodnje ćelija litijumske baterije, postojaće suptilne razlike između svake ćelije litijumske baterije, što je problem konzistentnosti. Nedoslednost se uglavnom manifestuje 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 korišćenja sklopljene litijumske baterije, nedoslednost monomera će se pojaviti i zbog stepena samopražnjenja i temperature delova. Nedoslednost monomera litijumske baterije utiče na punjenje i pražnjenje litijumskih baterija. karakterističan. Studije su pokazale da će razlika od 20% u kapacitetu ćelija litijumskih baterija doneti oko 40% gubitka kapaciteta litijumskih baterija.
Značenje balansa litijumske baterije je da se koristi tehnologija elektronike snage da bi se odstupanje napona ćelije litijum-jonske litijumske baterije ili napona litijumske baterije za napajanje zadržalo u očekivanom opsegu, kako bi se osiguralo da se svaka pojedinačna litijumska baterija održava tokom normalne upotrebe. Isto stanje da bi se izbegao nastanak preopterećenja i prekomernog pražnjenja. Ako se kontrola balansa ne izvrši, kako se ciklusi punjenja i pražnjenja povećavaju, napon svake pojedinačne litijumske baterije će se postepeno razlikovati, a životni vek će biti znatno smanjen.
Nedoslednost 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, postojaće temperaturna razlika zbog lokacije i zagrevanja litijumske baterije, a ova temperaturna razlika će imati veliki negativan uticaj na život litijumske baterije, uzrokujući litijumsku bateriju za napajanje da izgleda neuravnoteženo, a domet krstarenja će se smanjiti. , Životni vek ciklusa je skraćen. Upravo zbog ovih problema kapacitet čitavog baterijskog sistema ne može da se iskoristi u potpunosti, što dovodi do gubitaka baterijskog sistema, a ublažavanje takvih gubitaka sistema će takođe značajno produžiti vek trajanja akumulatorskog sistema.
Konzistentnost između ćelija litijumske baterije je najdirektniji i najvažniji uticaj na kapacitet litijumske baterije, jer je kapacitet litijumske baterije parametar koji se ne može direktno izmeriti za kratko vreme, 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 uslovi prekida pražnjenja, uslovi završetka punjenja itd., gde se vrednost napona ćelije litijumske baterije koristi kao uslov okidanja.
Za parametar u ovoj poziciji, prevelika razlika u konzistentnosti napona ćelija litijumske baterije direktno ograničava snagu punjenja i pražnjenja litijumske baterije. Na osnovu ovoga, korišćenje metode izjednačavanja litijumske baterije za rešavanje problema prekomerne razlike napona litijumske baterije koja je već u funkciji je efikasna mera za povećanje kapaciteta litijumske baterije i produženje radnog veka baterije. litijumska baterija.
Drugo, prednosti i mane pasivne ravnoteže
U upravljanju ekvilizacijom litijumskih baterija, trenutne metode za izjednačavanje napona serijsko-paralelnih litijumskih baterija se dele na pasivno i aktivno izjednačavanje. Generalno, bilans tipa potrošnje energije se definiše 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. izbalansiran. Trenutno postoji mnogo sistema za upravljanje baterijama koji usvajaju pasivnu ravnotežu na tržištu. Pošto se tehnologija pasivnog balansa primenjuje na tržištu litijumskih baterija pre 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, naponski balans litijumskih baterija je najosnovniji, 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 paketima litijumskih baterija, razlog zašto performanse ćelija litijumskih baterija opadaju prebrzo je taj što je struja nedosledna, a pojedinačne ćelije rade u uslovima prenaglašenih, što dovodi do prekomernog pada performansi. Temperaturna razlika ćelija litijumske baterije je uzrokovana nedoslednim stvaranjem toplote i nedoslednim rasipanjem toplote. Trenutno se temperaturni balans litijumskih baterija generalno rešava fizičkim metodama kao što su prirodno hlađenje vazduhom, prinudno vazdušno hlađenje i tečno hlađenje.
Pošto pasivno izjednačavanje koristi otpornike za potrošnju energije, stvara se toplota, a struja izjednačavanja je mala, što smanjuje efikasnost celog sistema. Na osnovu zahteva termičkog upravljanja, pasivno izjednačavanje se može izjednačavati samo deo po deo. Litijumske baterije su veoma osetljive na toplotu i neophodno je apsolutno izbegavati povećanje spoljne temperature. Pasivno izjednačavanje će izazvati lokalno zagrevanje litijumske baterije, a visoka temperatura će povećati stopu kvara komponenti. Iz tog razloga, s obzirom na toplotu generisanu pasivnom ravnotežom, postavljaju se posebni zahtevi za bezbednost 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 vrednost, koja je opšte poznata kao"prepunjenje", litijumska baterija može da izgori ili eksplodira.
Stoga, zaštitna ploča litijumske baterije generalno ima funkciju zaštite od prekomernog punjenja kako bi se sprečilo prekomerno punjenje litijumske baterije. To jest, kada niz litijumskih baterija dostigne ovu vrednost napona, zaštitna ploča litijumske baterije će prekinuti kolo za punjenje i prestati da se puni.
Izjednačavanje punjenja je u srednjoj i kasnoj fazi procesa punjenja baterije, kada napon ćelije baterije dostigne ili premaši granični napon, kolo za izjednačavanje počinje da radi kako bi smanjilo struju ćelije baterije, kako bi ograničilo napon ćelije baterije ne treba da bude veći od napona prekida punjenja. Jedina funkcija izjednačavanja punjenja je da spreči prenapunjenje, a to će doneti negativne efekte tokom upotrebe 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 prekomerno punjenje, što dovodi do pražnjenja ćelije baterije. vreme kraće i moguće prekomerno pražnjenje Seks je još veći.
Šematski dijagram gubitka kapaciteta litijumske baterije tokom punjenja prikazan je na slici 1. Na slici 1, napon terminala 2# litijumske baterije se prvo puni do podešene vrednosti zaštitnog napona, čime se pokreće zaštitni mehanizam. zaštitnog kola litijumske baterije i zaustavlja litijum Punjenje kompleta baterija za napajanje direktno dovodi do toga da 1#, 3## i 4 litijumske baterije ne mogu da budu u potpunosti napunjene. Potpuni kapacitet punjenja kompletne litijumske baterije ograničen je na 2# litijumsku bateriju, što dovodi do toga da se litijumska baterija ne puni u potpunosti. Da bi se komplet litijumskih baterija u potpunosti napunio, pri punjenju se mora koristiti kolo za izjednačavanje.
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 kolom za stabilizaciju napona), a svaka litijumska baterija se kontroliše od strane kolo 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 od strane kola za izjednačavanje litijumske baterije 4,2V, kada litijumska baterija ne dostigne 4,2V, paralelno kolo regulatora napona ne radi, svaka litijumska baterija nastavlja da se puni, a struja punjenja nastavlja da se puni proći kroz litijumsku bateriju. Kao što je prikazano na slici 3.
Kada napon terminala 2# litijumske baterije dostigne 4,2V, kolo 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, vreme punjenja litijumskih baterija 1#, 3# i 4# se na odgovarajući način produžava, čime se povećava snaga čitavog kompleta 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 promenljivog 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 je isključen, 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 povezane serijski u kolu deluju kao delilac napona, koji može smanjiti snagu koja se rasipa na tranzistoru TIP42. Ako ove tri diode IN4001 nisu povezane, snaga koja se rasipa na tranzistoru TIP42: P=4,2V×struja punjenja, nakon dodavanja diode IN4001, P=(4,2V-3×0,7V)×struja punjenja. Dioda koja emituje svetlost krajnje desno ima funkciju indikacije. Lampica je upaljena, što pokazuje da je napon dostigao 4,2V, odnosno da je baterija koja odgovara ovom kolu za izjednačavanje potpuno napunjena.
Četvrto, karakteristike kola za izjednačavanje punjenja zasnovane na otporu šanta
Najjednostavniji balansni krug je balans potrošnje opterećenja, to jest, otpornik je povezan paralelno sa svakom litijumskom baterijom, a prekidač je povezan serijski za kontrolu. Kada je napon litijumske baterije previsok, prekidač se uključuje i struja punjenja se prebacuje kroz otpornik. Na ovaj 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 ovaj metod se može primeniti 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 deo energije litijumske baterije. Postoje dva oblika paralelnog otpora. Jedna je fiksna veza. Otpornik je povezan 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 osetljivu na pritisak, ostvaruje se ravnoteža napona terminala litijumske baterije. Ovo je teoretski izvodljiv metod i retko se koristi u praksi.
Analizirati neophodnost izjednačavanja snage litijumske baterije i karakteristike kola za punjenje pasivne ekvilizacije
Drugi način za paralelno povezivanje otpornika je paralelno povezivanje otpornika na oba kraja ćelije kroz petlju prekidača. 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 videti 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. Pored 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 sledećom formulom:
Analizirati neophodnost izjednačavanja snage litijumske baterije i karakteristike kola za punjenje pasivne ekvilizacije
Gde 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%, odstupanje napona litijumske baterije može se kontrolisati u opsegu od 50mV. Prosečna snaga svakog otpornika je 0,72W, ali šant otpornik uvek troši energiju bez obzira na proces punjenja ili proces pražnjenja litijumske baterije.
Princip balansiranog punjenja zasnovanog na otporu šanta sa dodatkom prekidača za uključivanje-isključivanje prikazan je na slici 6. Razlika između balansiranog punjenja on-off šant otpornika i balansiranog punjenja otpornim šantom je dodavanje prekidača za uključivanje-isključivanje, koji može se kontrolisati pomoću softvera upravljačkog sistema, takođe se može realizovati jednostavnim logičkim kolima. Kolo za izjednačavanje koje usvaja ovaj režim kontrole radi samo u delu punjenja konstantnog napona punjenja litijumske baterije, a prekidač za uključivanje/isključivanje je uvek isključen u drugim vremenima, tako da kada se litijumska baterija za napajanje isprazni, šant otpornik ne radi troše energiju. Ali glavni nedostatak ovog kola je u tome što je stopa kvara prekidača za uključivanje-isključivanje relativno visoka i potrebna su redundantna sredstva.
