Potreba za izjednačavanjem litij baterije i karakteristike kruga punjenja za pasivno izjednačavanje
1. Definicija ekvalizacijskog naplate i nužnost izravnanja
1. Definicija izjednačujućeg naboja:
Equalizing charging je skraćeno izjednačujuće punjenje, što je punjenje izjednačujućih karakteristika baterije. Odnosi se na neravnotežu napona na terminalu baterije zbog individualnih razlika u bateriji, temperaturnih razlika i drugih razloga tijekom 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 baterijskom paketu i produžile trajanje baterije. vijek trajanja baterije.
Ekvalizacijsko punjenje je u srednjoj i kasnoj fazi procesa punjenja baterije. Kada napon ćelije baterije dostigne ili prijeđe napon prekida, krug za uravnoteženje počinje raditi kako bi smanjio struju ćelije baterije kako bi se ograničio napon ćelije baterije da ne bude veći od napona prekida punjenja. Jedina funkcija izjednačavanja punjenja je spriječiti prekomjerno punjenje, a ono će donijeti negativne učinke tijekom korištenja pražnjenja.
Kada se koristi izjednačujuće punjenje, baterija malog kapaciteta nije prepunjena, a količina energije koja se može osloboditi manja je od snage koja se može osloboditi kada se ekvilizator ne koristi za lagano prekomjerno punjenje, što dovodi do pražnjenja ćelije baterije. vrijeme kraće i moguće prekomjerno pražnjenje Seks je još veći.
2. Potreba za izravnavanjem punjenja:
Uz trenutnu razinu i tehnologiju proizvodnje litijskih baterija, u proizvodnom procesu ćelija litijskih baterija, postojat će suptilne razlike između svake ćelije litijeve baterije, što je problem konzistentnosti. Nedosljednost se uglavnom očituje u ćeliji litijeve baterije. Kapacitet, unutarnji otpor, brzina samopražnjenja, učinkovitost punjenja i pražnjenja, itd. Nedosljednost ćelija litijskih baterija prenosi se na litij baterijski paket, što će neizbježno dovesti do gubitka litijskog baterijskog paketa's kapacitet, što zauzvrat dovodi do smanjenja života.
U procesu korištenja sastavljene litijeve baterije, također će se pojaviti nedosljednost monomera zbog stupnja samopražnjenja i temperature dijelova. Nedosljednost monomera litijskih baterija utječe na punjenje i pražnjenje litijskih baterija. karakterističan. Studije su pokazale da će razlika od 20% u kapacitetu ćelija litijskih baterija donijeti oko 40% gubitka kapaciteta litijskih baterija.
Značenje balansa litij-električne baterije je korištenje energetske elektroničke tehnologije kako bi se odstupanje napona ćelije litij-ionske litijeve baterije ili napona litij-električne baterije zadržalo unutar očekivanog raspona, kako bi se osiguralo održavanje svake pojedinačne litijeve baterije. tijekom normalne upotrebe. Isto stanje kako bi se izbjegla pojava prekomjernog punjenja i prekomjernog pražnjenja. Ako se kontrola ravnoteže ne provodi, kako se ciklusi punjenja i pražnjenja povećavaju, napon svake pojedinačne litijeve baterije postupno će se razlikovati, a životni vijek će se uvelike smanjiti.
Nedosljednost ćelija litijskih baterija će se s vremenom dodatno pogoršati pod utjecajem slučajnih čimbenika kao što je temperatura. U normalnim okolnostima, kada je temperatura radnog okruženja litijeve baterije za 10°C viša od optimalne temperature, životni vijek litijeve baterije će se smanjiti za polovicu. Zbog velikog broja sustava litij baterija za vozila u serijama, uglavnom između 88 i 100 serija, njihov kapacitet je općenito 20 do 60 kWh, a mjesto svakog niza litij baterija je različito, što će uzrokovati temperaturnu razliku.
Čak i u istoj kutiji za napajanje, postojat će temperaturna razlika zbog položaja i zagrijavanja litijeve baterije, a ta će temperaturna razlika imati veliki negativan utjecaj na vijek trajanja litijeve baterije, uzrokujući litijsku bateriju. izgledati neuravnoteženo, a domet krstarenja će se smanjiti. , Životni vijek ciklusa je skraćen. Upravo zbog ovih problema kapacitet cijelog baterijskog sustava ne može se u potpunosti iskoristiti, što uzrokuje gubitke baterijskog sustava, a ublažavanje takvih gubitaka sustava uvelike će produljiti vijek trajanja akumulatorskog sustava.
Konzistentnost između ćelija litijeve baterije najizravniji je i najvažniji utjecaj na kapacitet litijeve baterije, jer je kapacitet litijeve baterije parametar koji se ne može izravno izmjeriti u kratkom vremenu, ali kapacitet ćelije litijeve baterije je Postoji korespondencija jedan prema jedan između napona otvorenog kruga. Napon ćelije litijeve baterije može se mjeriti online u stvarnom vremenu, što ga čini povoljnim uvjetom za mjerenje razine konzistencije ćelije litijeve baterije. U strategiji upravljanja sustavom upravljanja baterijama postoje uvjeti prekida pražnjenja, uvjeti završetka punjenja itd., pri čemu se kao uvjet okidanja koristi vrijednost napona ćelije litijeve baterije.
Za parametar u ovom položaju, prekomjerna razlika u konzistentnosti napona ćelija litijskih baterija izravno ograničava snagu punjenja i pražnjenja litijskih baterija. Na temelju toga, korištenje metode izjednačavanja litij baterije za rješavanje problema prekomjerne razlike napona litij baterijskog paketa koji je već u pogonu učinkovita je mjera za povećanje kapaciteta litij energetskih baterija i produljenje vijeka trajanja baterije. litijsku bateriju.
Drugo, prednosti i nedostaci pasivne ravnoteže
U upravljanju izjednačavanjem litijevih baterija, trenutne metode za izjednačavanje napona serijsko-paralelnih litijevih baterija dijele se na pasivno izjednačavanje i aktivno izjednačavanje. Općenito, ravnoteža vrste potrošnje energije definira se kao pasivna ravnoteža. Pasivna ravnoteža koristi otpornike za trošenje energije visokonaponskih ili visokonapunjenih baterija kako bi se postigla svrha smanjenja jaza između različitih baterija. To je vrsta koja troši energiju. uravnotežen. Trenutno postoji mnogo sustava upravljanja baterijama koji prihvaćaju pasivnu ravnotežu na tržištu. Budući da se tehnologija pasivne ravnoteže primjenjuje na tržištu litijevih baterija prije aktivne ravnoteže, tehnologija je relativno zrela, a struktura pasivne ravnoteže je jednostavnija i šire se koristi.
Upravljanje ravnotežom litijskih baterija uključuje ravnotežu napona, ravnotežu struje i temperaturnu ravnotežu. Među njima je najosnovnija ravnoteža napona litijskih baterija, odnosno naponska ravnoteža ćelija litijskih baterija u serijskim litijskim baterijama. Slično, trenutna ravnoteža se odnosi na ravnotežu struje svake ćelije litijeve baterije u litijskoj bateriji koja se paralelno odvija.
U litijskim baterijama, razlog zašto izvedba ćelija litijskih baterija prebrzo opada je taj što je struja nedosljedna, a pojedinačne ćelije rade u uvjetima prenaglašenosti, što rezultira pretjeranim opadanjem performansi. Temperaturna razlika ćelija litij baterije uzrokovana je nedosljednim stvaranjem topline i nedosljednim odvođenjem topline. Trenutačno se temperaturna ravnoteža litijevih baterija općenito rješava fizičkim metodama kao što su prirodno zračno hlađenje, prisilno zračno hlađenje i hlađenje tekućinom.
Budući da pasivno izjednačavanje koristi otpornike za potrošnju energije, stvara se toplina, a struja izjednačavanja je mala, što smanjuje učinkovitost cijelog sustava. Na temelju zahtjeva upravljanja toplinom, pasivno izjednačavanje može se izjednačiti samo dio po dio. Litij baterije su vrlo osjetljive na toplinu, te je potrebno apsolutno izbjegavati povećanje vanjske temperature. Pasivno izjednačavanje će uzrokovati lokalno zagrijavanje litij 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 litijevih baterija.
3. Princip rada pasivne ravnoteže
Pasivno izjednačavanje općenito prazni litijeve baterije s višim naponom kroz otporno pražnjenje i oslobađa električnu energiju u obliku topline, kako bi se dobilo više vremena punjenja za druge litijeve baterije. Tijekom procesa punjenja, litijska baterija općenito ima gornju graničnu vrijednost zaštitnog napona punjenja. Ako napon tijekom punjenja prijeđe ovu vrijednost, koja je uobičajeno poznata kao"prepunjenje", litijeva baterija može izgorjeti ili eksplodirati.
Stoga zaštitna ploča litijeve baterije općenito ima funkciju zaštite od prekomjernog punjenja kako bi spriječila prekomjerno punjenje litijeve baterije. Odnosno, kada niz litijskih baterija dosegne ovu vrijednost napona, zaštitna ploča litij baterije će prekinuti strujni krug i prestati se puniti.
Izjednačavanje napunjenosti je u srednjoj i kasnoj fazi procesa punjenja baterije, kada napon ćelije baterije dosegne ili prijeđe granični napon, krug za izjednačavanje počinje raditi kako bi smanjio struju ćelije baterije kako bi ograničio napon ćelije baterije ne smije biti veći od napona prekida punjenja. Jedina funkcija izjednačavanja naboja je spriječiti prekomjerno punjenje, a to će donijeti negativne učinke tijekom korištenja pražnjenja. Kada se koristi izjednačavanje napunjenosti, baterija malog kapaciteta nije prepunjena, a količina energije koja se može osloboditi manja je od snage koja se može osloboditi kada se ekvilizator ne koristi za lagano prekomjerno punjenje, što dovodi do pražnjenja ćelije baterije. vrijeme kraće i moguće prekomjerno pražnjenje Seks je još veći.
Shematski dijagram gubitka kapaciteta litij-električne baterije tijekom punjenja prikazan je na slici 1. Na slici 1. napon na terminalu 2# litij-električne baterije najprije se puni do postavljene vrijednosti zaštitnog napona, što pokreće zaštitni mehanizam zaštitnog kruga litijskih baterija i zaustavlja litij. Punjenje baterije za napajanje izravno uzrokuje da se 1#, 3## i 4 litijeve baterije ne mogu potpuno napuniti. Puni kapacitet punjenja cijele litijeve baterije ograničen je na 2# litijsku bateriju, što uzrokuje da se litij baterija ne puni u potpunosti. Kako biste u potpunosti napunili litijsku bateriju, pri punjenju se mora koristiti izjednačujući krug punjenja.
Tijekom procesa punjenja litijeve baterije, svaka litijeva baterija opremljena je krugom za izjednačavanje kao što je prikazano na slici 2 (svaka litijeva baterija povezana je s paralelnim krugom za stabilizaciju napona za izjednačavanje), a svakom litij baterijom upravlja krug za izjednačavanje tijekom punjenja. Napon litijeve baterije održava svaki niz litijskih baterija u istom stanju, osiguravajući rad i životni vijek litij baterije.
Ako je napon postavljen krugom za izjednačavanje litijeve baterije 4,2 V, kada litijska baterija ne dosegne 4,2 V, krug paralelnog regulatora napona ne radi, svaka litijska baterija nastavlja se puniti, a struja punjenja nastavlja proći kroz litijsku bateriju. Kao što je prikazano na slici 3.
Kada napon terminala 2# litij baterije dosegne 4,2V, krug za izjednačavanje počinje raditi i stabilizira napon na 4,2V, odnosno struja punjenja više neće prolaziti kroz 2# litijsku bateriju, kao što je prikazano na slici 4. Na taj se način vrijeme punjenja litijskih baterija 1#, 3# i 4# odgovarajuće produljuje, čime se povećava snaga cijelog litijskog paketa baterija. Međutim, 100% ispražnjene snage litijeve baterije br. 2 pretvara se u oslobađanje topline, što uzrokuje mnogo otpada (odvođenje topline litij baterije br. 2 je gubitak sustava i gubitak energije ).
Princip rada sklopa shunt regulatora prikazanog na slici 2 je: TL431 je referentni napon, a napon se podešava na 4,2V podešavanjem promjenjivog otpora. Ako su dva kraja litijeve baterije manja od 4,2V, TL431 ne apsorbira struju, odnosno Ib=0 ispod, tako da je Ic=0, tranzistor je odsječen, a struja punjenja i dalje prolazi kroz litij baterija za napajanje. Ako oba kraja litijeve baterije dosegnu 4,2V, TL431 počinje apsorbirati struju, Ib>0, a struja punjenja (tj. Ic) prolazi kroz triodu i ne prolazi kroz litijsku bateriju, tj. , litijska baterija se više ne puni.
Tri diode IN4001 spojene serijski u krug djeluju kao djelitelj napona, što može smanjiti snagu raspršenu na tranzistoru TIP42. Ako ove tri diode IN4001 nisu spojene, snaga raspršena na tranzistoru TIP42: P=4,2V×struja punjenja, nakon dodavanja diode IN4001, P=(4,2V-3×0,7V)×struja punjenja. Svjetlosna dioda krajnje desno ima funkciju indikacije. Lampica je upaljena, što pokazuje da je napon dosegao 4,2 V, odnosno da je baterija koja odgovara ovom krugu za izjednačavanje potpuno napunjena.
Četvrto, karakteristike izjednačujućeg kruga punjenja na temelju otpora šanta
Najjednostavniji krug ravnoteže je balans potrošnje opterećenja, odnosno otpornik je spojen paralelno na svaku litijsku bateriju, a sklopka je spojena serijski radi upravljanja. Kada je napon litijeve baterije previsok, prekidač se uključuje i struja punjenja se prebacuje kroz otpornik. Na taj način, visokonaponska litijska baterija ima malu struju punjenja, a niskonaponska litijska baterija ima veliku struju punjenja. Na taj se način može izbalansirati napon litijeve baterije, ali se ova metoda može primijeniti samo na litij baterije malog kapaciteta. To je nerealno za kapacitet litij baterije.
Spojite otpornike paralelno na oba kraja ćelije litijeve baterije kako biste omogućili otporu da potroši dio energije litijeve baterije. Postoje dva oblika paralelnog otpora. Jedna je fiksna veza. Otpornik je dugo vremena spojen paralelno na oba kraja litijeve baterije. Napon ćelije litijeve baterije Kada je visok, struja kroz otpornik je velika i troši više energije. Kada je napon litijeve baterije nizak, otpornik troši manje energije. Kroz karakteristiku otpora osjetljivu na pritisak ostvaruje se ravnoteža napona terminala litij baterije. Ovo je teoretski izvediva metoda i rijetko se koristi u praksi.
Analizirati nužnost izjednačavanja litij baterije i karakteristike pasivnog ekvilizacijskog kruga punjenja
Drugi način paralelnog povezivanja otpornika je paralelno povezivanje otpornika na oba kraja ćelije kroz sklopnu petlju. Prekidač se pokreće signalom iz sustava upravljanja. Kada sustav utvrdi koji je napon ćelije ili SOC visok, povezuje svoj paralelni otpor kako bi potrošio svoju energiju.
Načelo uravnoteženog punjenja na temelju otpora šanta prikazano je na slici 5, odnosno svaka ćelija litijeve baterije spojena je paralelno s otporom šanta. Iz sklopa prikazanog na slici 5. može se vidjeti da struja šanta na otporu mora biti mnogo veća od struje litij baterije. Struja samopražnjenja može postići učinak uravnoteženog punjenja. Općenito, struja samopražnjenja litijeve baterije je oko C/20000, tako da je C/200 prikladniji za struju koja teče kroz otpornik za shunt. Osim toga, odstupanje svakog otpora šanta također je važan čimbenik koji utječe na učinak izjednačavanja. Nakon određenog broja ciklusa punjenja i pražnjenja, odstupanje ćelije litij baterije može se odrediti sljedećom formulom:
Analizirati nužnost izjednačavanja litij baterije i karakteristike pasivnog ekvilizacijskog kruga punjenja
Gdje je: VC odstupanje napona litijeve baterije; R je otpor šanta; I je struja samopražnjenja litijeve baterije; VD je napon ćelije litijeve baterije; K je devijacija otpora.
Ako je otpor šanta 20Ω±0,05%, odstupanje napona litij baterije može se kontrolirati unutar raspona od 50mV. Prosječna snaga svakog otpornika je 0,72 W, ali shunt otpornik uvijek troši energiju bez obzira na proces punjenja ili proces pražnjenja litij baterije.
Načelo uravnoteženog punjenja temeljenog na otporu šanta s dodatkom sklopke za uključivanje-isključivanje prikazano je na slici 6. Razlika između uravnoteženog punjenja on-off otpornika s otpornikom i balansiranog punjenja s shuntom je dodavanje sklopke za uključivanje-isključivanje, koja može se kontrolirati softverom upravljačkog sustava, također se može realizirati jednostavnim logičkim sklopovima. Krug za izjednačavanje koji prihvaća ovaj način upravljanja radi samo u dijelu punjenja konstantnog napona punjenja litijeve baterije, a prekidač za uključivanje i isključivanje uvijek je isključen u drugim vremenima, tako da kada se litijeva baterija za napajanje isprazni, otpornik za skretanje ne radi troše energiju. No, glavni nedostatak ovog kruga je da je stopa kvara prekidača za uključivanje-isključivanje relativno visoka, a potrebna su redundantna sredstva.
