Keperluan Penyamaan Bateri Kuasa Litium dan Ciri Litar Pengecasan Penyamaan Pasif
1. Definisi pengecasan penyamaan dan keperluan penyamaan
1. Definisi caj penyamaan:
Penyamaan pengecasan disingkatkan sebagai penyamaan pengecasan, iaitu pengecasan menyamakan ciri bateri. Ia merujuk kepada ketidakseimbangan voltan pada terminal bateri disebabkan oleh perbezaan individu dalam bateri, perbezaan suhu dan sebab lain semasa penggunaan bateri. Untuk mengelakkan kemerosotan trend ketidakseimbangan ini, adalah perlu untuk Meningkatkan voltan pengecasan pek bateri, dan mengecas bateri dengan cara yang seimbang, untuk mengimbangi ciri-ciri setiap sel bateri dalam pek bateri dan memanjangkan hayat perkhidmatan bateri.
Pengecasan penyamaan berada di peringkat pertengahan dan akhir proses pengecasan bateri kuasa. Apabila voltan sel bateri kuasa mencapai atau melebihi voltan potong, litar pengimbang mula berfungsi untuk mengurangkan arus sel bateri kuasa untuk mengehadkan voltan sel bateri kuasa tidak lebih tinggi daripada voltan potong cas . Satu-satunya fungsi penyamaan pengecasan adalah untuk mengelakkan pengecasan berlebihan, dan ia akan membawa kesan negatif semasa penggunaan nyahcas.
Apabila menggunakan pengecasan penyamaan, sel bateri kuasa berkapasiti kecil tidak dicas berlebihan, dan jumlah kuasa yang boleh dilepaskan adalah kurang daripada kuasa yang boleh dilepaskan apabila penyamaan tidak digunakan untuk pengecasan berlebihan cahaya, menjadikan sel bateri kuasa dinyahcas. masa lebih singkat dan kemungkinan berlebihan Seks adalah lebih besar.
2. Keperluan menyamakan pengecasan:
Dengan tahap dan teknologi semasa pembuatan bateri kuasa litium, dalam proses pengeluaran sel bateri kuasa litium, akan terdapat perbezaan halus antara setiap sel bateri kuasa litium, yang merupakan masalah konsistensi. Ketidakkonsistenan terutamanya ditunjukkan dalam sel bateri kuasa litium. Kapasiti, rintangan dalaman, kadar nyahcas sendiri, kecekapan cas-nyahcas, dsb. Ketidakkonsistenan sel bateri kuasa litium dihantar ke pek bateri kuasa litium, yang pasti akan membawa kehilangan pek bateri kuasa litium's kapasiti, yang seterusnya membawa kepada penurunan dalam kehidupan.
Dalam proses menggunakan bateri kuasa litium yang dipasang, ketidakkonsistenan monomer juga akan muncul disebabkan oleh tahap pelepasan diri dan suhu bahagian. Ketidakkonsistenan monomer bateri kuasa litium menjejaskan pengecasan dan pelepasan pek bateri kuasa litium. ciri. Kajian telah menunjukkan bahawa perbezaan 20% dalam kapasiti sel bateri kuasa litium akan membawa kira-kira 40% kehilangan kapasiti pek bateri kuasa litium.
Maksud keseimbangan bateri kuasa litium adalah menggunakan teknologi elektronik kuasa untuk memastikan sisihan voltan sel bateri kuasa litium ion litium atau voltan pek bateri kuasa litium dalam julat yang dijangkakan, untuk memastikan setiap bateri kuasa litium tunggal dikekalkan semasa penggunaan biasa. Keadaan yang sama untuk mengelakkan berlakunya overcharge dan overdischarge. Jika kawalan imbangan tidak dijalankan, apabila kitaran cas dan nyahcas meningkat, voltan setiap bateri kuasa litium tunggal akan secara beransur-ansur membezakan, dan hayat perkhidmatan akan dikurangkan dengan banyak.
Ketidakkonsistenan sel bateri kuasa litium akan semakin merosot dari semasa ke semasa di bawah pengaruh faktor rawak seperti suhu. Dalam keadaan biasa, apabila suhu persekitaran operasi bateri kuasa litium adalah 10°C lebih tinggi daripada suhu optimumnya, hayat bateri kuasa litium akan dikurangkan separuh. Oleh kerana bilangan besar sistem bateri kuasa litium kenderaan secara bersiri, secara amnya antara 88 dan 100 siri, kapasitinya biasanya 20 hingga 60kWj, dan lokasi setiap rentetan bateri kuasa litium adalah berbeza, yang akan menyebabkan perbezaan suhu.
Walaupun dalam kotak bateri kuasa yang sama, akan terdapat perbezaan suhu disebabkan oleh lokasi dan pemanasan bateri kuasa litium, dan perbezaan suhu ini akan memberi kesan negatif yang besar terhadap hayat bateri kuasa litium, menyebabkan bateri kuasa litium kelihatan tidak seimbang, dan julat pelayaran akan berkurangan. , Hayat kitaran dipendekkan. Kerana masalah ini, kapasiti keseluruhan sistem bateri tidak dapat digunakan sepenuhnya, menyebabkan kehilangan sistem bateri, dan mengurangkan kehilangan sistem sedemikian juga akan memanjangkan hayat perkhidmatan sistem bateri.
Konsistensi antara sel bateri kuasa litium adalah pengaruh yang paling langsung dan paling penting pada kapasiti bateri kuasa litium, kerana kapasiti bateri kuasa litium adalah parameter yang tidak boleh diukur secara langsung dalam masa yang singkat, tetapi kapasiti sel bateri kuasa litium adalah Terdapat korespondensi satu dengan satu antara voltan litar terbuka. Voltan sel bateri kuasa litium boleh diukur dalam talian dalam masa nyata, yang menjadikannya keadaan yang baik untuk mengukur tahap ketekalan sel bateri kuasa litium. Dalam strategi pengurusan sistem pengurusan bateri, terdapat syarat penamatan nyahcas, keadaan penamatan pengecasan, dsb., di mana nilai voltan sel bateri kuasa litium digunakan sebagai keadaan pencetus.
Untuk parameter dalam kedudukan ini, perbezaan yang berlebihan dalam konsistensi voltan sel bateri kuasa litium secara langsung mengehadkan kuasa cas dan nyahcas pek bateri kuasa litium. Berdasarkan ini, menggunakan kaedah penyamaan bateri kuasa litium untuk menyelesaikan masalah perbezaan voltan berlebihan pek bateri kuasa litium yang sudah beroperasi adalah langkah yang berkesan untuk meningkatkan kapasiti pek bateri kuasa litium dan memanjangkan hayat perkhidmatan bateri kuasa litium.
Kedua, kelebihan dan kekurangan keseimbangan pasif
Dalam pengurusan penyamaan pek bateri kuasa litium, kaedah semasa untuk penyamaan voltan pek bateri kuasa litium siri selari dibahagikan kepada penyamaan pasif dan penyamaan aktif. Secara amnya, imbangan jenis penggunaan tenaga ditakrifkan sebagai imbangan pasif. Imbangan pasif menggunakan perintang untuk menggunakan tenaga bateri voltan tinggi atau cas tinggi untuk mencapai tujuan mengurangkan jurang antara bateri yang berbeza. Ia adalah jenis yang memakan tenaga. seimbang. Pada masa ini, terdapat banyak sistem pengurusan bateri yang mengamalkan keseimbangan pasif di pasaran. Oleh kerana teknologi imbangan pasif digunakan dalam pasaran bateri kuasa litium sebelum imbangan aktif, teknologi ini agak matang, dan struktur imbangan pasif lebih mudah dan digunakan secara meluas.
Pengurusan imbangan pek bateri kuasa litium termasuk imbangan voltan, imbangan semasa dan imbangan suhu. Antaranya, imbangan voltan pek bateri kuasa litium adalah yang paling asas, iaitu keseimbangan voltan sel bateri kuasa litium dalam pek bateri kuasa litium bersiri. Begitu juga, imbangan semasa merujuk kepada baki arus setiap sel bateri kuasa litium dalam pek bateri kuasa litium secara selari.
Dalam pek bateri kuasa litium, sebab prestasi sel bateri kuasa litium mereput terlalu cepat ialah arus tidak konsisten, dan sel individu berfungsi dalam keadaan kadar berlebihan, mengakibatkan pereputan prestasi yang berlebihan. Perbezaan suhu sel bateri litium disebabkan oleh penjanaan haba yang tidak konsisten dan pelesapan haba yang tidak konsisten. Pada masa ini, keseimbangan suhu pek bateri kuasa litium biasanya diselesaikan dengan kaedah fizikal seperti penyejukan udara semula jadi, penyejukan udara paksa dan penyejukan cecair.
Oleh kerana penyamaan pasif menggunakan perintang untuk menggunakan tenaga, haba dijana, dan arus penyamaan adalah kecil, yang mengurangkan kecekapan keseluruhan sistem. Berdasarkan keperluan pengurusan haba, penyamaan pasif hanya boleh disamakan bahagian demi bahagian. Bateri kuasa litium sangat sensitif terhadap haba, dan adalah perlu untuk mengelakkan peningkatan suhu luaran secara mutlak. Penyamaan pasif akan menyebabkan pemanasan setempat pek bateri kuasa litium, dan suhu tinggi akan meningkatkan kadar kegagalan komponen. Atas sebab ini, memandangkan haba yang dijana oleh keseimbangan pasif, keperluan khas dikemukakan untuk keselamatan dan reka bentuk struktur bateri kuasa litium.
3. Prinsip kerja keseimbangan pasif
Penyamaan pasif secara amnya mengeluarkan bateri kuasa litium dengan voltan yang lebih tinggi melalui nyahcas rintangan, dan membebaskan elektrik dalam bentuk haba, untuk mendapatkan lebih banyak masa pengecasan untuk bateri kuasa litium yang lain. Semasa proses pengecasan, bateri kuasa litium biasanya mempunyai nilai voltan perlindungan had atas pengecasan. Jika voltan semasa pengecasan melebihi nilai ini, yang biasanya dikenali sebagai"overcharge", bateri kuasa litium mungkin terbakar atau meletup.
Oleh itu, papan perlindungan bateri kuasa litium secara amnya mempunyai fungsi perlindungan cas berlebihan untuk mengelakkan bateri kuasa litium daripada mengecas berlebihan. Iaitu, apabila rentetan bateri kuasa litium mencapai nilai voltan ini, papan perlindungan bateri kuasa litium akan memotong litar pengecasan dan menghentikan pengecasan.
Penyamaan cas berada di peringkat pertengahan dan akhir proses pengecasan bateri kuasa, apabila voltan sel bateri kuasa mencapai atau melebihi voltan potong, litar penyamaan mula berfungsi untuk mengurangkan arus sel bateri kuasa, untuk mengehadkan voltan sel bateri kuasa tidak boleh lebih tinggi daripada voltan potong cas. Satu-satunya fungsi penyamaan caj adalah untuk mengelakkan pengecasan berlebihan, dan ia akan membawa kesan negatif semasa penggunaan nyahcas. Apabila menggunakan penyamaan cas, sel bateri kuasa berkapasiti kecil tidak dicas berlebihan dan jumlah kuasa yang boleh dilepaskan adalah kurang daripada kuasa yang boleh dilepaskan apabila penyamaan tidak digunakan untuk cas berlebihan cahaya, menjadikan sel bateri kuasa dinyahcas. masa lebih singkat dan kemungkinan berlebihan Seks adalah lebih besar.
Gambar rajah skema kehilangan kapasiti pek bateri kuasa litium semasa pengecasan ditunjukkan dalam Rajah 1. Dalam Rajah 1, voltan terminal bateri kuasa litium 2# pertama kali dicas ke nilai voltan perlindungan yang ditetapkan, yang mencetuskan mekanisme perlindungan daripada litar perlindungan bateri kuasa litium dan menghentikan litium Pengecasan pek bateri kuasa secara langsung menyebabkan bateri kuasa litium 1#, 3## dan 4 tidak dapat dicas sepenuhnya. Kapasiti cas penuh bagi keseluruhan pek bateri kuasa litium dihadkan kepada bateri kuasa litium 2#, menyebabkan pek bateri kuasa litium gagal dicas sepenuhnya. Untuk mengecas sepenuhnya pek bateri kuasa litium, litar pengecasan penyamaan mesti digunakan semasa mengecas.
Semasa proses pengecasan bateri kuasa litium, setiap bateri kuasa litium dilengkapi dengan litar penyamaan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2 (setiap bateri kuasa litium disambungkan dengan litar penyamaan penstabilan voltan selari), dan setiap bateri kuasa litium dikawal oleh litar penyamaan semasa mengecas. Voltan bateri kuasa litium mengekalkan setiap rentetan bateri kuasa litium dalam keadaan yang sama, memastikan prestasi dan hayat bateri kuasa litium.
Jika voltan yang ditetapkan oleh litar penyamaan bateri kuasa litium ialah 4.2V, apabila bateri kuasa litium tidak mencapai 4.2V, litar pengatur voltan selari tidak berfungsi, setiap bateri kuasa litium terus dicas, dan arus pengecasan terus melalui bateri kuasa litium. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.
Apabila voltan terminal bateri kuasa litium 2# mencapai 4.2V, litar penyamaan mula berfungsi, dan ia akan menstabilkan voltan kepada 4.2V, iaitu, arus pengecasan tidak lagi melalui bateri kuasa litium 2#, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4. Dengan cara ini, masa pengecasan bagi bateri kuasa litium 1#, 3# dan 4# dilanjutkan secara sepadan, dengan itu meningkatkan kuasa keseluruhan pek bateri kuasa litium. Walau bagaimanapun, 100% daripada kuasa dinyahcas bateri kuasa litium No. 2 ditukar kepada pelepasan haba, menyebabkan banyak pembaziran (pelesapan haba bateri kuasa litium No. 2 adalah kehilangan sistem dan pembaziran kuasa ).
Prinsip kerja litar pengatur shunt yang ditunjukkan dalam Rajah 2 ialah: TL431 ialah voltan rujukan, dan voltan dilaraskan kepada 4.2V dengan melaraskan rintangan berubah. Jika kedua-dua hujung bateri kuasa litium kurang daripada 4.2V, TL431 tidak menyerap arus, iaitu, Ib=0 di bawah, jadi Ic=0, transistor terputus, dan arus pengecasan masih melalui litium bateri kuasa. Jika kedua-dua hujung bateri kuasa litium mencapai 4.2V, TL431 mula menyerap arus, Ib>0, dan arus pengecasan (iaitu Ic) melalui triod dan tidak melalui bateri kuasa litium, iaitu , bateri kuasa litium tidak lagi dicas.
Tiga diod IN4001 yang disambungkan secara bersiri dalam litar bertindak sebagai pembahagi voltan, yang boleh mengurangkan kuasa yang hilang pada transistor TIP42. Jika ketiga-tiga diod IN4001 ini tidak disambungkan, kuasa hilang pada transistor TIP42: P=4.2V×arus pengecasan, selepas menambah diod IN4001, P=(4.2V-3×0.7V)×arus pengecasan. Diod pemancar cahaya di bahagian paling kanan mempunyai fungsi petunjuk. Lampu menyala, menunjukkan bahawa voltan telah mencapai 4.2V, iaitu, bateri yang sepadan dengan litar penyamaan ini dicas sepenuhnya.
Keempat, ciri-ciri penyamaan litar pengecasan berdasarkan rintangan shunt
Litar imbangan yang paling mudah ialah keseimbangan penggunaan beban, iaitu perintang disambungkan selari dengan setiap bateri kuasa litium, dan suis disambung secara bersiri untuk kawalan. Apabila voltan bateri kuasa litium terlalu tinggi, suis dihidupkan dan arus pengecasan dialihkan melalui perintang. Dengan cara ini, bateri kuasa litium voltan tinggi mempunyai arus pengecasan yang kecil, dan bateri kuasa litium voltan rendah mempunyai arus pengecasan yang besar. Dengan cara ini, voltan bateri kuasa litium boleh diseimbangkan, tetapi kaedah ini hanya boleh digunakan untuk bateri kuasa litium berkapasiti kecil. Ia tidak realistik untuk bateri kuasa litium kapasiti.
Sambungkan perintang secara selari pada kedua-dua hujung sel bateri kuasa litium untuk membenarkan rintangan memakan sebahagian daripada tenaga bateri kuasa litium. Terdapat dua bentuk rintangan selari. Satu ialah sambungan tetap. Perintang disambung secara selari pada kedua-dua hujung bateri kuasa litium untuk masa yang lama. Voltan sel bateri kuasa litium Apabila ia tinggi, arus melalui perintang adalah besar dan menggunakan lebih banyak kuasa. Apabila voltan bateri kuasa litium rendah, perintang menggunakan lebih sedikit kuasa. Melalui ciri rintangan tekanan yang sensitif, keseimbangan voltan terminal bateri kuasa litium direalisasikan. Ini adalah kaedah yang boleh dilaksanakan secara teori dan jarang digunakan dalam amalan.
Menganalisis keperluan penyamaan bateri kuasa litium dan ciri-ciri litar pengecasan penyamaan pasif
Satu lagi cara untuk menyambung perintang secara selari ialah menyambung perintang secara selari pada kedua-dua hujung sel melalui gelung suis. Suis dicetuskan oleh isyarat daripada sistem pengurusan. Apabila sistem menentukan voltan sel atau SOC yang tinggi, ia menghubungkan rintangan selarinya untuk menggunakan tenaganya.
Prinsip pengecasan seimbang berdasarkan rintangan shunt ditunjukkan dalam Rajah 5, iaitu setiap sel bateri kuasa litium disambung secara selari dengan rintangan shunt. Daripada litar yang ditunjukkan dalam Rajah 5, dapat dilihat bahawa arus shunt pada rintangan mestilah lebih besar daripada bateri kuasa litium. Arus nyahcas sendiri boleh mencapai kesan pengecasan seimbang. Secara amnya, arus nyahcas sendiri bagi bateri kuasa litium adalah kira-kira C/20000, jadi C/200 lebih sesuai untuk arus yang mengalir melalui perintang shunt. Selain itu, sisihan setiap rintangan shunt juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi kesan penyamaan. Selepas beberapa kitaran pengecasan dan nyahcas, sisihan sel bateri kuasa litium boleh ditentukan dengan formula berikut:
Menganalisis keperluan penyamaan bateri kuasa litium dan ciri-ciri litar pengecasan penyamaan pasif
Di mana: VC ialah sisihan voltan bateri kuasa litium; R ialah rintangan shunt; I ialah arus nyahcas sendiri bagi bateri kuasa litium; VD ialah voltan sel bateri kuasa litium; K ialah sisihan rintangan.
Jika rintangan shunt ialah 20Ω±0.05%, sisihan voltan bateri kuasa litium boleh dikawal dalam julat 50mV. Kuasa purata bagi setiap perintang ialah 0.72W, tetapi perintang shunt sentiasa menggunakan kuasa tanpa mengira proses pengecasan atau proses nyahcas bateri kuasa litium.
Prinsip pengecasan seimbang berdasarkan rintangan shunt dengan penambahan suis hidup-mati ditunjukkan dalam Rajah 6. Perbezaan antara pengecasan seimbang perintang shunt hidup-mati dan pengecasan seimbang shunt rintangan ialah penambahan suis hidup-mati, yang boleh dikawal oleh perisian sistem kawalan, Boleh juga direalisasikan oleh litar logik mudah. Litar penyamaan yang menggunakan mod kawalan ini hanya berfungsi dalam bahagian pengecasan voltan malar pengecasan bateri kuasa litium, dan suis hidup-mati sentiasa dimatikan pada masa lain, supaya apabila pek bateri kuasa litium dinyahcas, perintang shunt tidak memakan tenaga. Tetapi kelemahan utama litar ini ialah kadar kegagalan suis hidup-mati adalah agak tinggi, dan cara berlebihan diperlukan.
