Ličio baterijos išlyginimo būtinybė ir pasyvaus išlyginimo įkrovimo grandinės charakteristikos
1. Išlyginamojo apmokestinimo apibrėžimas ir išlyginimo būtinybė
1. Išlyginamojo krūvio apibrėžimas:
Išlyginamasis įkrovimas sutrumpintai vadinamas išlyginamuoju įkrovimu, tai yra išlyginamųjų akumuliatoriaus charakteristikų įkrovimas. Tai reiškia įtampos disbalansą akumuliatoriaus gnybte dėl individualių akumuliatoriaus skirtumų, temperatūrų skirtumų ir kitų priežasčių naudojant akumuliatorių. Siekiant išvengti šios disbalanso tendencijos pablogėjimo, būtina padidinti akumuliatoriaus įkrovimo įtampą ir įkrauti akumuliatorių subalansuotai, kad būtų subalansuotos kiekvienos baterijos elemento baterijos elemento charakteristikos ir pailgėtų akumuliatoriaus įkrovimo laikas. akumuliatoriaus tarnavimo laikas.
Išlyginamasis įkrovimas yra vidutinio ir vėlyvojo maitinimo akumuliatoriaus įkrovimo proceso etapuose. Kai maitinimo akumuliatoriaus elemento įtampa pasiekia arba viršija išjungimo įtampą, balansavimo grandinė pradeda veikti, kad sumažintų maitinimo akumuliatoriaus elemento srovę, kad apribotų maitinimo akumuliatoriaus elemento įtampą, kad ji nebūtų didesnė už įkrovimo išjungimo įtampą. Vienintelė išlyginamojo įkrovimo funkcija yra neleisti perkrauti, o tai atneš neigiamą poveikį iškrovimo metu.
Naudojant išlyginamąjį įkrovimą, mažos talpos akumuliatoriaus elementas nėra perkraunamas, o galia, kurią galima išleisti, yra mažesnė nei galia, kurią galima išleisti, kai ekvalaizeris nenaudojamas lengvam perkrovimui, todėl maitinimo akumuliatoriaus elementas išsikrauna. trumpesnis laikas ir galimas išsikrovimas Seksas yra dar didesnis.
2. Išlyginamojo įkrovimo būtinybė:
Esant dabartiniam ličio energijos baterijų gamybos lygiui ir technologijoms, gaminant ličio energijos baterijų elementus, bus nedideli skirtumai tarp kiekvienos ličio baterijos elemento, o tai yra nuoseklumo problema. Nenuoseklumas daugiausia pasireiškia ličio akumuliatoriaus elemente. Talpa, vidinė varža, savaiminio išsikrovimo greitis, įkrovimo-iškrovimo efektyvumas ir tt Ličio akumuliatoriaus elementų nenuoseklumas perduodamas į ličio maitinimo elementų bloką, dėl kurio neišvengiamai praras ličio maitinimo elementų blokas'pajėgumas, o tai savo ruožtu lemia gyvenimo sumažėjimą.
Naudojant surinktą ličio akumuliatorių, monomerų nenuoseklumas taip pat atsiras dėl savaiminio išsikrovimo laipsnio ir dalių temperatūros. Ličio akumuliatoriaus monomerų nenuoseklumas turi įtakos ličio akumuliatoriaus įkrovimui ir iškrovimui. charakteristika. Tyrimai parodė, kad 20% ličio baterijų elementų talpos skirtumas sumažins apie 40% ličio baterijų blokų talpos.
Ličio akumuliatoriaus balanso prasmė yra naudoti galios elektroninę technologiją, kad ličio jonų ličio baterijos elemento įtampos nuokrypis arba ličio maitinimo akumuliatoriaus įtampa neviršytų tikėtino diapazono, kad būtų užtikrinta, jog kiekviena ličio baterija būtų palaikoma. įprasto naudojimo metu. Ta pati būsena, kad būtų išvengta perkrovimo ir iškrovimo. Jei balanso kontrolė nebus vykdoma, didėjant įkrovimo ir iškrovimo ciklams, kiekvienos atskiros ličio baterijos įtampa palaipsniui skirsis, o tarnavimo laikas labai sutrumpės.
Ličio baterijų elementų nenuoseklumas laikui bėgant dar labiau pablogės dėl atsitiktinių veiksnių, tokių kaip temperatūra. Įprastomis aplinkybėmis, kai ličio akumuliatoriaus darbo aplinkos temperatūra yra 10°C aukštesnė už optimalią temperatūrą, ličio akumuliatoriaus tarnavimo laikas sutrumpės perpus. Dėl daugybės serijinių transporto priemonių ličio baterijų sistemų, paprastai nuo 88 iki 100 serijų, jų talpa paprastai yra nuo 20 iki 60 kWh, o kiekvienos ličio baterijų eilutės vieta yra skirtinga, o tai sukels temperatūros skirtumą.
Netgi toje pačioje maitinimo baterijos dėžutėje bus temperatūros skirtumas dėl ličio maitinimo akumuliatoriaus vietos ir šildymo, ir šis temperatūros skirtumas turės didelę neigiamą įtaką ličio maitinimo akumuliatoriaus veikimo trukmei, todėl ličio maitinimo akumuliatorius. atrodys nesubalansuotas, o kreiserinis nuotolis sumažės. , Ciklo trukmė sutrumpėja. Būtent dėl šių problemų negalima pilnai išnaudoti visos akumuliatorių sistemos talpos, dėl ko atsiranda akumuliatorių sistemos nuostoliai, o tokių sistemos nuostolių sušvelninimas taip pat labai pailgins akumuliatoriaus sistemos tarnavimo laiką.
Konsistencija tarp ličio baterijos elementų yra tiesioginė ir svarbiausia įtaka ličio baterijos talpai, nes ličio baterijos talpa yra parametras, kurio negalima tiesiogiai išmatuoti per trumpą laiką, tačiau ličio baterijos elementų talpa yra Tarp atviros grandinės įtampų yra vienas su vienu atitikimas. Ličio baterijos elemento įtampą galima išmatuoti internetu realiu laiku, todėl tai yra palanki sąlyga ličio akumuliatoriaus elemento konsistencijos lygiui matuoti. Akumuliatoriaus valdymo sistemos valdymo strategijoje yra iškrovimo pabaigos sąlygos, įkrovimo pabaigos sąlygos ir kt., kur ličio akumuliatoriaus elemento įtampos vertė naudojama kaip paleidimo sąlyga.
Šios padėties parametro atveju per didelis ličio akumuliatoriaus elementų įtampos pastovumo skirtumas tiesiogiai riboja ličio akumuliatoriaus bloko įkrovimo ir iškrovimo galią. Remiantis tuo, naudojant ličio baterijos išlyginimo metodą, kad būtų išspręsta jau veikiančio ličio baterijos bloko per didelio įtampos skirtumo problema, yra veiksminga priemonė padidinti ličio baterijų bloko talpą ir pailginti jo tarnavimo laiką. ličio maitinimo baterija.
Antra, pasyviosios pusiausvyros privalumai ir trūkumai
Ličio galios baterijų blokų išlyginimo valdyme dabartiniai nuosekliai lygiagrečių ličio galios baterijų blokų įtampos išlyginimo būdai skirstomi į pasyvųjį ir aktyvųjį išlyginimą. Paprastai energijos suvartojimo tipo balansas apibrėžiamas kaip pasyvus balansas. Pasyvus balansas naudoja rezistorius, kad sunaudotų aukštos įtampos arba didelio įkrovimo akumuliatorių energiją, kad būtų sumažintas tarpas tarp skirtingų baterijų. Tai energiją vartojantis tipas. subalansuotas. Šiuo metu rinkoje yra daug baterijų valdymo sistemų, kurios perima pasyvią pusiausvyrą. Kadangi pasyvaus balanso technologija ličio energijos baterijų rinkoje taikoma prieš aktyvųjį balansą, technologija yra gana subrendusi, o pasyvaus balanso struktūra yra paprastesnė ir plačiau naudojama.
Ličio baterijų blokų balanso valdymas apima įtampos balansą, srovės balansą ir temperatūros balansą. Tarp jų ličio maitinimo baterijų blokų įtampos balansas yra pats elementariausias, tai yra ličio galios baterijų elementų įtampos balansas serijiniuose ličio baterijų blokuose. Panašiai srovės balansas reiškia kiekvieno ličio maitinimo elemento, esančio ličio maitinimo elemento bloke, srovės balansą lygiagrečiai.
Ličio energijos baterijų blokuose priežastis, kodėl ličio energijos baterijų elementų našumas per greitai mažėja, yra ta, kad srovė yra nenuosekli, o atskiri elementai veikia per didelėmis sąlygomis, todėl našumas labai sumažėja. Ličio baterijos elementų temperatūrų skirtumas atsiranda dėl nenuoseklaus šilumos generavimo ir nenuoseklaus šilumos išsklaidymo. Šiuo metu ličio baterijų blokų temperatūros balansas paprastai išsprendžiamas fiziniais metodais, tokiais kaip natūralus oro aušinimas, priverstinis oro aušinimas ir aušinimas skysčiu.
Kadangi pasyviajam išlyginimui naudojami rezistoriai energijai vartoti, susidaro šiluma, o išlyginimo srovė yra maža, todėl sumažėja visos sistemos efektyvumas. Remiantis šilumos valdymo reikalavimais, pasyvus išlyginimas gali būti išlyginamas tik sekcijomis. Ličio baterijos yra labai jautrios karščiui, todėl būtina visiškai vengti išorinės temperatūros padidėjimo. Pasyvus išlyginimas sukels vietinį ličio maitinimo akumuliatoriaus įkaitimą, o aukšta temperatūra padidins komponentų gedimų dažnį. Dėl šios priežasties, atsižvelgiant į pasyviosios pusiausvyros sukuriamą šilumą, keliami specialūs reikalavimai ličio baterijų saugai ir konstrukciniam dizainui.
3. Pasyvios pusiausvyros veikimo principas
Pasyvus išlyginimas paprastai iškrauna aukštesnės įtampos ličio baterijas dėl varžos iškrovos ir išleidžia elektros energiją šilumos pavidalu, kad būtų galima įkrauti daugiau laiko kitiems ličio akumuliatoriams. Įkrovimo proceso metu ličio akumuliatorius paprastai turi viršutinės ribos įkrovimo apsaugos įtampos vertę. Jei įkrovimo metu įtampa viršija šią vertę, kuri paprastai vadinama"percharge", ličio akumuliatorius gali sudegti arba sprogti.
Todėl ličio baterijos apsaugos plokštė paprastai turi apsaugos nuo perkrovimo funkciją, kad ličio akumuliatorius nebūtų perkrautas. Tai yra, kai eilė ličio baterijų pasiekia šią įtampos vertę, ličio maitinimo akumuliatoriaus apsaugos plokštė nutrauks įkrovimo grandinę ir nustos krauti.
Įkrovimo išlyginimas yra vidurinėje ir vėlyvoje maitinimo akumuliatoriaus įkrovimo proceso stadijose, kai maitinimo akumuliatoriaus elemento įtampa pasiekia arba viršija ribinę įtampą, išlyginimo grandinė pradeda veikti, kad sumažintų maitinimo akumuliatoriaus elemento srovę, kad būtų apribotas maitinimo akumuliatoriaus elemento įtampa neturi būti didesnė už įkrovimo išjungimo įtampą. Vienintelė įkrovos išlyginimo funkcija yra užkirsti kelią perkrovimui, o tai atneš neigiamą poveikį iškrovimo metu. Naudojant įkrovimo išlyginimą, mažos talpos akumuliatoriaus elementas nėra perkraunamas, o galios kiekis, kurį galima išleisti, yra mažesnis nei galia, kurią galima išleisti, kai ekvalaizeris nenaudojamas lengvam perkrovimui, todėl maitinimo akumuliatoriaus elementas išsikrauna. trumpesnis laikas ir galimas išsikrovimas Seksas yra dar didesnis.
Ličio baterijos bloko talpos praradimo įkrovimo metu schema parodyta 1 paveiksle. 1 paveiksle 2# ličio akumuliatoriaus gnybtų įtampa pirmiausia įkraunama iki nustatytos apsaugos įtampos vertės, kuri įjungia apsaugos mechanizmą. Ličio baterijos apsaugos grandinėje ir sustabdo ličio. Maitinimo akumuliatoriaus bloko įkrovimas tiesiogiai lemia, kad 1#, 3## ir 4 ličio maitinimo baterijos negali būti visiškai įkrautos. Viso ličio baterijos bloko įkrovimo talpa ribojama iki 2# ličio baterijos, todėl ličio akumuliatoriaus bloko nepavyksta visiškai įkrauti. Norint visiškai įkrauti ličio akumuliatorių, kraunant reikia naudoti išlyginamąją įkrovimo grandinę.
Įkraunant ličio akumuliatorių, kiekviename ličio akumuliatoriuje yra išlyginimo grandinė, kaip parodyta 2 paveiksle (kiekviena ličio maitinimo baterija yra prijungta prie lygiagrečios įtampos stabilizavimo išlyginimo grandinės), o kiekviena ličio maitinimo baterija yra valdoma išlyginimo grandinė įkrovimo metu. Ličio baterijos įtampa išlaiko kiekvieną ličio maitinimo elementų eilutę toje pačioje būsenoje, užtikrindama ličio akumuliatoriaus veikimą ir tarnavimo laiką.
Jei ličio baterijos išlyginimo grandinės nustatyta įtampa yra 4,2 V, kai ličio akumuliatorius nesiekia 4,2 V, lygiagrečios įtampos reguliatoriaus grandinė neveikia, kiekviena ličio galios baterija toliau įkraunama, o įkrovimo srovė tebegalioja. praeiti pro ličio maitinimo bateriją. Kaip parodyta 3 paveiksle.
Kai 2# ličio baterijos gnybtų įtampa pasiekia 4,2 V, išlyginimo grandinė pradeda veikti ir stabilizuos įtampą iki 4,2 V, tai yra, įkrovimo srovė nebebus per 2# ličio bateriją, kaip parodyta. 4 paveiksle. Tokiu būdu atitinkamai pailgėja 1#, 3# ir 4# ličio baterijų įkrovimo laikas, taip padidinant viso ličio baterijų bloko galią. Tačiau 100% ličio baterijos Nr. 2 išsikrovusios galios paverčiama šilumos išsiskyrimu, todėl išleidžiama daug atliekų (Nr. 2 ličio akumuliatoriaus šilumos išsklaidymas yra sistemos praradimas ir energijos švaistymas ).
2 paveiksle parodytos šunto reguliatoriaus grandinės veikimo principas yra toks: TL431 yra etaloninė įtampa, o įtampa reguliuojama iki 4,2 V, reguliuojant kintamą varžą. Jei abu ličio akumuliatoriaus galai yra mažesni nei 4,2 V, TL431 nesugeria srovės, tai yra Ib=0 žemiau, taigi Ic=0, tranzistorius nutrūksta, o įkrovimo srovė vis tiek praeina per litį. maitinimo baterija. Jei abu ličio maitinimo akumuliatoriaus galai pasiekia 4,2 V, TL431 pradeda absorbuoti srovę, Ib>0, o įkrovimo srovė (ty Ic) praeina per triodą ir nepraeina per ličio maitinimo akumuliatorių, tai yra , ličio maitinimo baterija nebekraunama.
Trys grandinėje nuosekliai sujungti diodai IN4001 veikia kaip įtampos daliklis, kuris gali sumažinti tranzistoriaus TIP42 išsklaidytą galią. Jei šie trys diodai IN4001 nėra prijungti, galia išsisklaido ant tranzistoriaus TIP42: P=4,2V×krovimo srovė, pridėjus diodą IN4001, P=(4,2V-3×0,7V)×krovimo srovė. Dešinėje pusėje esantis šviesos diodas turi indikacijos funkciją. Šviečia lemputė, rodanti, kad įtampa pasiekė 4,2 V, tai yra, akumuliatorius, atitinkantis šią išlyginimo grandinę, yra visiškai įkrautas.
Ketvirta, išlyginančios įkrovimo grandinės charakteristikos, pagrįstos šunto pasipriešinimu
Paprasčiausia balansavimo grandinė yra apkrovos suvartojimo balansas, tai yra, lygiagrečiai prie kiekvienos ličio maitinimo baterijos prijungtas rezistorius, o valdymui nuosekliai prijungtas jungiklis. Kai ličio akumuliatoriaus įtampa yra per aukšta, jungiklis įjungiamas ir įkrovimo srovė nukreipiama per rezistorių. Tokiu būdu aukštos įtampos ličio maitinimo akumuliatorius turi mažą įkrovimo srovę, o žemos įtampos ličio akumuliatorius turi didelę įkrovimo srovę. Tokiu būdu galima subalansuoti ličio maitinimo baterijos įtampą, tačiau šis metodas gali būti taikomas tik mažos talpos ličio maitinimo akumuliatoriams. Tai nerealu talpiai ličio baterijai.
Abiejuose ličio akumuliatoriaus elemento galuose lygiagrečiai prijunkite rezistorius, kad varža sunaudotų dalį ličio akumuliatoriaus energijos. Yra dvi lygiagrečios varžos formos. Vienas iš jų yra fiksuotas ryšys. Rezistorius yra prijungtas lygiagrečiai abiejuose ličio maitinimo akumuliatoriaus galuose ilgą laiką. Ličio baterijos elemento įtampa Kai ji aukšta, srovė per rezistorių yra didelė ir sunaudoja daugiau energijos. Kai ličio akumuliatoriaus įtampa žema, rezistorius sunaudoja mažiau energijos. Per slėgiui jautrią atsparumo charakteristiką realizuojamas ličio akumuliatoriaus gnybto įtampos balansas. Tai teoriškai įmanomas metodas ir retai naudojamas praktikoje.
Išanalizuoti ličio baterijos išlyginimo būtinumą ir pasyviojo išlyginimo įkrovimo grandinės charakteristikas
Kitas būdas lygiagrečiai sujungti rezistorius yra lygiagrečiai sujungti rezistorius abiejuose elemento galuose per jungiklio kilpą. Jungiklis įjungiamas signalu iš valdymo sistemos. Kai sistema nustato, kuri elemento įtampa arba SOC yra aukšta, ji sujungia lygiagrečią varžą, kad sunaudotų energiją.
Subalansuoto įkrovimo principas, pagrįstas šunto varža, parodytas 5 paveiksle, tai yra, kiekvienas ličio akumuliatoriaus elementas yra sujungtas lygiagrečiai su šunto varža. Iš 5 pav. parodytos grandinės matyti, kad varžos šunto srovė turi būti daug didesnė nei ličio maitinimo akumuliatoriaus. Savaiminio išsikrovimo srovė gali pasiekti subalansuoto įkrovimo efektą. Paprastai ličio akumuliatoriaus savaiminio išsikrovimo srovė yra apie C/20000, todėl C/200 labiau tinka srovei, tekančiai per šunto rezistorių. Be to, kiekvieno šunto pasipriešinimo nuokrypis taip pat yra svarbus veiksnys, turintis įtakos išlyginimo efektui. Po tam tikro įkrovimo ir iškrovimo ciklų skaičiaus ličio akumuliatoriaus elemento nuokrypį galima nustatyti pagal šią formulę:
Išanalizuoti ličio baterijos išlyginimo būtinumą ir pasyviojo išlyginimo įkrovimo grandinės charakteristikas
Kur: VC – ličio maitinimo akumuliatoriaus įtampos nuokrypis; R yra šunto varža; I yra ličio akumuliatoriaus savaiminio išsikrovimo srovė; VD yra ličio baterijos elemento įtampa; K yra pasipriešinimo nuokrypis.
Jei šunto varža yra 20Ω±0,05%, ličio maitinimo akumuliatoriaus įtampos nuokrypį galima valdyti 50 mV diapazone. Vidutinė kiekvieno rezistoriaus galia yra 0,72 W, tačiau šunto rezistorius visada vartoja energiją, nepaisant įkrovimo ar ličio akumuliatoriaus iškrovimo proceso.
Subalansuoto įkrovimo principas, pagrįstas šunto varža, pridedant įjungimo-išjungimo jungiklį. gali būti valdomas valdymo sistemos programine įranga, taip pat gali būti realizuotas paprastomis loginėmis grandinėmis. Išlyginimo grandinė, naudojanti šį valdymo režimą, veikia tik ličio akumuliatoriaus įkrovimo nuolatinės įtampos įkrovimo skyriuje, o kitu metu įjungimo-išjungimo jungiklis visada yra išjungtas, kad išsikrovus ličio akumuliatoriaus blokui, šunto rezistorius neįsijungtų. vartoti energiją. Tačiau pagrindinis šios grandinės trūkumas yra tai, kad įjungimo-išjungimo jungiklio gedimų dažnis yra gana didelis ir reikalingos perteklinės priemonės.
