Необходимость уравновешивания литиевых батарей и характеристики цепи пассивной уравновешивающей зарядки
1. Определение выравнивающей зарядки и необходимость выравнивания
1. Определение уравнивающего заряда:
Уравнительная зарядка сокращенно называется уравнительной зарядкой, которая является зарядкой уравнивающих характеристик батареи. Это относится к дисбалансу напряжений на клеммах батареи из-за индивидуальных различий в батарее, разницы температур и других причин во время использования батареи. Чтобы избежать ухудшения этой тенденции дисбаланса, необходимо увеличить напряжение зарядки аккумуляторной батареи и зарядить аккумулятор сбалансированным образом, чтобы сбалансировать характеристики каждого элемента аккумуляторной батареи и продлить срок службы аккумуляторной батареи. срок службы аккумуляторной батареи.
Выравнивающая зарядка находится на средней и поздней стадиях процесса зарядки аккумуляторной батареи. Когда напряжение элемента аккумуляторной батареи достигает или превышает напряжение отключения, схема балансировки начинает работать, чтобы уменьшить ток элемента аккумуляторной батареи, чтобы ограничить напряжение элемента аккумуляторной батареи, чтобы оно не превышало напряжение отключения зарядки. Единственная функция выравнивающей зарядки - предотвратить перезарядку, что приведет к негативным последствиям во время разрядки.
При использовании выравнивающей зарядки элемент аккумуляторной батареи малой емкости не перезаряжается, и количество энергии, которое может быть высвобождено, меньше, чем мощность, которая может быть высвобождена, когда эквалайзер не используется для небольшого перезаряда, что приводит к разрядке элемента аккумуляторной батареи. время короче, а возможный переразряд Секс еще больше.
2. Необходимость уравнительной зарядки:
При нынешнем уровне и технологиях производства литиевых аккумуляторных батарей в процессе производства литиевых аккумуляторных элементов будут небольшие различия между каждым элементом литиевой аккумуляторной батареи, что является проблемой согласованности. Несоответствие в основном проявляется в литиевой аккумуляторной батарее. Емкость, внутреннее сопротивление, скорость саморазряда, эффективность заряда-разряда и т. Д. Несогласованность элементов литиевой аккумуляторной батареи передается литиевой аккумуляторной батарее, что неизбежно приводит к потере литиевой аккумуляторной батареи' емкость, что в свою очередь приводит к снижению жизни.
В процессе использования собранного литиевого аккумулятора несоответствие мономеров также проявится из-за степени саморазряда и температуры деталей. Несоответствие мономеров литиевой аккумуляторной батареи влияет на зарядку и разрядку литиевой аккумуляторной батареи. характерная черта. Исследования показали, что разница в емкости литиевых аккумуляторных батарей на 20% приводит к потере около 40% емкости литиевых аккумуляторных батарей.
Значение баланса литиевой аккумуляторной батареи заключается в использовании силовой электронной технологии для поддержания отклонения напряжения литиево-ионной литиевой аккумуляторной батареи или напряжения литиевой аккумуляторной батареи в ожидаемом диапазоне, чтобы гарантировать, что каждая отдельная литиевая аккумуляторная батарея поддерживается. при нормальном использовании. Такое же состояние, чтобы избежать возникновения перезаряда и переразряда. Если контроль баланса не выполняется, по мере увеличения циклов заряда и разряда напряжение каждой отдельной литиевой аккумуляторной батареи будет постепенно дифференцироваться, и срок службы будет значительно сокращен.
Несоответствие элементов литиевой аккумуляторной батареи со временем ухудшится под влиянием случайных факторов, таких как температура. В нормальных условиях, когда рабочая температура литиевой аккумуляторной батареи на 10 ° C выше ее оптимальной температуры, срок службы литиевой аккумуляторной батареи сокращается вдвое. Из-за большого количества систем автомобильных литиевых аккумуляторных батарей, установленных последовательно, обычно между сериями 88 и 100, их емкость обычно составляет от 20 до 60 кВт · ч, а расположение каждой цепочки литиевых аккумуляторных батарей отличается, что вызывает разницу температур.
Даже в одном и том же корпусе аккумуляторной батареи будет разница температур из-за расположения и нагрева литиевой аккумуляторной батареи, и эта разница температур будет иметь большое негативное влияние на срок службы литиевой аккумуляторной батареи, вызывая литиевую аккумуляторную батарею. казаться неуравновешенным, и запас хода уменьшится. , Срок службы сокращается. Именно из-за этих проблем емкость всей аккумуляторной системы не может быть полностью использована, что приводит к потерям в аккумуляторной системе, и уменьшение таких системных потерь также значительно продлит срок службы аккумуляторной системы.
Согласованность между элементами литиевой аккумуляторной батареи является самым прямым и наиболее важным фактором, влияющим на емкость литиевой аккумуляторной батареи, потому что емкость литиевой аккумуляторной батареи является параметром, который нельзя напрямую измерить за короткое время, но емкость элемента литиевой аккумуляторной батареи составляет Между напряжениями холостого хода существует взаимно однозначное соответствие. Напряжение элемента литиевой аккумуляторной батареи можно измерить в режиме онлайн в режиме реального времени, что делает его благоприятным условием для измерения уровня стабильности элемента литиевой аккумуляторной батареи. В стратегии управления системой управления батареями существуют условия прекращения разряда, условия прекращения заряда и т. Д., При которых значение напряжения элемента литиевой аккумуляторной батареи используется в качестве условия запуска.
Для параметра в этом положении чрезмерная разница в постоянстве напряжения элементов литиевой аккумуляторной батареи напрямую ограничивает мощность заряда и разряда литиевой аккумуляторной батареи. Исходя из этого, использование метода выравнивания литиевой аккумуляторной батареи для решения проблемы чрезмерной разницы напряжений литиевой аккумуляторной батареи, которая уже работает, является эффективной мерой для увеличения емкости литиевой аккумуляторной батареи и продления срока службы литиевая батарея.
Во-вторых, преимущества и недостатки пассивного равновесия.
При управлении выравниванием литиевых аккумуляторных блоков текущие методы выравнивания напряжения последовательно-параллельных литиевых аккумуляторных блоков подразделяются на пассивное выравнивание и активное выравнивание. Как правило, баланс типа потребления энергии определяется как пассивный баланс. Пассивный баланс использует резисторы для потребления энергии высоковольтных или заряженных аккумуляторов с целью уменьшения зазора между различными батареями. Это энергоемкий вид. сбалансированный. В настоящее время на рынке существует множество систем управления батареями, которые используют пассивный баланс. Поскольку технология пассивного баланса применяется на рынке литиевых батарей до активного баланса, технология является относительно зрелой, а структура пассивного баланса проще и широко используется.
Управление балансом литиевых аккумуляторных батарей включает баланс напряжения, баланс тока и температурный баланс. Среди них баланс напряжений литиевых аккумуляторных батарей является самым основным, то есть баланс напряжений литиевых аккумуляторных элементов в последовательных литиевых аккумуляторных блоках. Точно так же баланс тока относится к балансу тока каждого элемента литиевой аккумуляторной батареи в параллельном блоке литиевой аккумуляторной батареи.
В литиевых аккумуляторных блоках причина того, что производительность элементов литиевых аккумуляторных батарей слишком быстро падает, заключается в том, что ток непостоянен, а отдельные элементы работают в условиях завышенной мощности, что приводит к чрезмерному снижению производительности. Разница температур элементов литиевой батареи вызвана непостоянным тепловыделением и непостоянным тепловыделением. В настоящее время температурный баланс литиевых аккумуляторных батарей обычно решается физическими методами, такими как естественное воздушное охлаждение, принудительное воздушное охлаждение и жидкостное охлаждение.
Поскольку в пассивном выравнивании используются резисторы для потребления энергии, выделяется тепло, а ток выравнивания невелик, что снижает эффективность всей системы. Исходя из требований терморегулирования, пассивное выравнивание можно выравнивать только по частям. Литиевые батареи очень чувствительны к нагреванию, поэтому необходимо полностью избегать повышения внешней температуры. Пассивное выравнивание приведет к локальному нагреву литиевой аккумуляторной батареи, а высокая температура увеличит частоту отказов компонентов. По этой причине, учитывая тепло, выделяемое пассивным равновесием, выдвигаются особые требования к безопасности и конструкции литиевых батарей.
3. Принцип работы пассивного равновесия.
Пассивное выравнивание обычно разряжает литиевые аккумуляторные батареи с более высоким напряжением за счет резистивного разряда и высвобождает электричество в виде тепла, чтобы получить больше времени зарядки для других литиевых аккумуляторных батарей. Во время процесса зарядки литиевая аккумуляторная батарея обычно имеет значение напряжения защиты верхнего предела зарядки. Если напряжение во время зарядки превышает это значение, которое обычно известно как&"перезаряд &", литиевая батарея может загореться или взорваться.
Следовательно, плата защиты литиевой аккумуляторной батареи обычно имеет функцию защиты от перезарядки, чтобы предотвратить перезарядку литиевой аккумуляторной батареи. То есть, когда цепочка литиевых аккумуляторных батарей достигает этого значения напряжения, плата защиты литиевых аккумуляторных батарей отключит цепь зарядки и прекратит зарядку.
Выравнивание заряда находится на средней и поздней стадиях процесса зарядки аккумуляторной батареи, когда напряжение элемента аккумуляторной батареи достигает или превышает напряжение отключения, схема выравнивания начинает работать, чтобы уменьшить ток элемента аккумуляторной батареи, чтобы ограничить напряжение аккумуляторной батареи не должно быть выше напряжения отключения заряда. Единственная функция выравнивания заряда - предотвращение перезарядки, что приведет к негативным последствиям во время разрядки. При использовании выравнивания заряда элемент аккумуляторной батареи малой емкости не перезаряжается, и количество энергии, которое может быть высвобождено, меньше, чем мощность, которая может быть высвобождена, когда эквалайзер не используется для небольшого перезаряда, что приводит к разрядке элемента аккумуляторной батареи. время короче, а возможный переразряд Секс еще больше.
Принципиальная схема потери емкости литиевой аккумуляторной батареи во время зарядки показана на рисунке 1. На рисунке 1 напряжение на клеммах литиевой аккумуляторной батареи 2 # сначала заряжается до установленного значения напряжения защиты, что запускает механизм защиты. цепи защиты литиевой аккумуляторной батареи и прекращает подачу лития. Зарядка аккумуляторного блока питания напрямую приводит к невозможности полной зарядки литиевых аккумуляторных батарей 1 #, 3 ## и 4. Полная зарядная емкость всей литиевой аккумуляторной батареи ограничена литиевой аккумуляторной батареей 2 #, в результате чего литиевая аккумуляторная батарея не может быть полностью заряжена. Чтобы полностью зарядить литиевую аккумуляторную батарею, при зарядке необходимо использовать схему выравнивающей зарядки.
Во время процесса зарядки литиевой силовой батареи каждая литиевая силовая батарея оснащается схемой выравнивания, как показано на рисунке 2 (каждая литиевая силовая батарея соединена с параллельной схемой выравнивания стабилизации напряжения), и каждая литиевая силовая батарея управляется схема выравнивания при зарядке. Напряжение литиевой аккумуляторной батареи поддерживает каждую цепочку литиевых аккумуляторных батарей в одном и том же состоянии, обеспечивая производительность и срок службы литиевой аккумуляторной батареи.
Если напряжение, установленное схемой выравнивания литиевой батареи, составляет 4,2 В, когда литиевая батарея не достигает 4,2 В, параллельная схема регулятора напряжения не работает, каждая литиевая батарея продолжает заряжаться, а зарядный ток продолжает расти. проходят через литиевый аккумулятор. Как показано на рисунке 3.
Когда напряжение на клеммах литиевой батареи 2 # достигает 4,2 В, схема выравнивания начинает работать, и она стабилизирует напряжение до 4,2 В, то есть зарядный ток больше не будет проходить через литиевую батарею 2 #, как показано на рисунке 4. Таким образом, время зарядки литиевых аккумуляторных батарей 1 #, 3 # и 4 # соответственно увеличивается, тем самым увеличивая мощность всего блока литиевых аккумуляторных батарей. Однако 100% разряженной мощности литиевой аккумуляторной батареи № 2 преобразуется в тепловыделение, что приводит к большим потерям (рассеивание тепла литиевой аккумуляторной батареи № 2 является потерей системы и пустой тратой энергии. ).
Принцип работы схемы шунтирующего регулятора, показанной на рисунке 2, следующий: TL431 - это опорное напряжение, и напряжение регулируется до 4,2 В путем регулировки переменного сопротивления. Если на обоих концах литиевой аккумуляторной батареи меньше 4,2 В, TL431 не поглощает ток, то есть Ib=0 ниже, поэтому Ic=0, транзистор отключен, и зарядный ток все еще проходит через литиевый аккумулятор. аккумуляторная батарея. Если оба конца литиевой аккумуляторной батареи достигают 4,2 В, TL431 начинает поглощать ток, Ib> 0, и зарядный ток (т.е. Ic) проходит через триод и не проходит через литиевую аккумуляторную батарею, то есть , литиевая батарея больше не заряжается.
Три диода IN4001, включенные последовательно в схему, действуют как делитель напряжения, что может уменьшить мощность, рассеиваемую на транзисторе TIP42. Если эти три диода IN4001 не подключены, мощность, рассеиваемая на транзисторе TIP42: P=4,2 В × зарядный ток, после добавления диода IN4001, P=(4,2 В-3 × 0,7 В) × зарядный ток. Крайний правый светодиод имеет функцию индикации. Индикатор горит, указывая на то, что напряжение достигло 4,2 В, то есть батарея, соответствующая этой цепи выравнивания, полностью заряжена.
В-четвертых, характеристики схемы выравнивающей зарядки на основе сопротивления шунта.
Самая простая схема балансировки - это баланс потребления нагрузки, то есть резистор подключен параллельно к каждой литиевой батарее, а переключатель включен последовательно для управления. Когда напряжение литиевой батареи слишком высокое, переключатель включается, и зарядный ток шунтируется через резистор. Таким образом, высоковольтная литиевая аккумуляторная батарея имеет небольшой зарядный ток, а низковольтная литиевая аккумуляторная батарея имеет большой зарядный ток. Таким образом, напряжение литиевой аккумуляторной батареи может быть сбалансировано, но этот метод может быть применен только к литиевым аккумуляторным батареям малой емкости. Это нереально по емкости литиевая батарея.
Подключите резисторы параллельно на обоих концах элемента литиевой аккумуляторной батареи, чтобы сопротивление потребляло часть энергии литиевой аккумуляторной батареи. Есть две формы параллельного сопротивления. Один из них - фиксированное соединение. Резистор подключен параллельно к обоим концам литиевой батареи в течение длительного времени. Напряжение элемента литиевой аккумуляторной батареи Когда оно высокое, ток через резистор велик и потребляет больше энергии. Когда напряжение литиевой батареи низкое, резистор потребляет меньше энергии. Благодаря чувствительной к давлению характеристике сопротивления реализуется баланс напряжений клеммы литиевой аккумуляторной батареи. Это теоретически возможный метод, который редко используется на практике.
Проанализировать необходимость выравнивания литиевой батареи и характеристики цепи пассивной выравнивающей зарядки.
Другой способ подключения резисторов параллельно - это подключение резисторов параллельно на обоих концах ячейки через петлю переключения. Переключатель срабатывает по сигналу системы управления. Когда система определяет, какое напряжение ячейки или SOC высокое, она подключает свое параллельное сопротивление для потребления своей энергии.
Принцип сбалансированной зарядки, основанный на шунтирующем сопротивлении, показан на рисунке 5, то есть каждый литиевый элемент аккумуляторной батареи подключен параллельно с шунтирующим сопротивлением. Из схемы, показанной на рисунке 5, видно, что шунтирующий ток на сопротивлении должен быть намного больше, чем у литиевой батареи питания. Ток саморазряда позволяет добиться эффекта сбалансированной зарядки. Обычно ток саморазряда литиевой батареи составляет около C / 20000, поэтому C / 200 больше подходит для тока, протекающего через шунтирующий резистор. Кроме того, отклонение каждого сопротивления шунта также является важным фактором, влияющим на эффект выравнивания. После определенного количества циклов зарядки и разрядки отклонение элемента литиевой аккумуляторной батареи можно определить по следующей формуле:
Проанализировать необходимость выравнивания литиевой батареи и характеристики цепи пассивной выравнивающей зарядки.
Где: VC - отклонение напряжения литиевой аккумуляторной батареи; R - сопротивление шунта; I - ток саморазряда литиевой аккумуляторной батареи; VD - напряжение элемента литиевой аккумуляторной батареи; K - отклонение сопротивления.
Если сопротивление шунта составляет 20 Ом ± 0,05%, отклонение напряжения литиевой батареи можно контролировать в пределах 50 мВ. Средняя мощность каждого резистора составляет 0,72 Вт, но шунтирующий резистор всегда потребляет энергию независимо от процесса зарядки или процесса разрядки литиевой аккумуляторной батареи.
Принцип сбалансированной зарядки, основанный на шунтирующем сопротивлении с добавлением двухпозиционного переключателя, показан на рисунке 6. Разница между сбалансированной зарядкой двухпозиционного резистора и сбалансированной зарядкой резистивным шунтом заключается в добавлении переключателя включения-выключения, который может управляться программным обеспечением системы управления, также может быть реализовано с помощью простых логических схем. Схема выравнивания, использующая этот режим управления, работает только в секции зарядки с постоянным напряжением при зарядке литиевой аккумуляторной батареи, а в остальное время выключатель всегда выключен, так что, когда блок литиевой аккумуляторной батареи разряжен, шунтирующий резистор не работает. потребляют энергию. Но основным недостатком этой схемы является то, что частота отказов двухпозиционного переключателя относительно высока, и требуются резервные средства.
