A lítium akkumulátor kiegyenlítésének szükségessége és a passzív kiegyenlítő töltőáramkör jellemzői
1. A kiegyenlítő töltés meghatározása és a kiegyenlítés szükségessége
1. A kiegyenlítő töltés meghatározása:
A kiegyenlítő töltés rövidítése kiegyenlítő töltés, ami a kiegyenlítő akkumulátor karakterisztika töltése. Az akkumulátor terminálján fellépő feszültség-kiegyensúlyozatlanságra utal, amely az akkumulátor egyedi különbségei, hőmérséklet-különbségek és egyéb okok miatt az akkumulátor használata során keletkezik. Ennek az egyensúlyhiány-trendnek a romlásának elkerülése érdekében növelni kell az akkumulátorcsomag töltési feszültségét, és kiegyensúlyozottan kell tölteni az akkumulátort, hogy az akkumulátorcsomagban lévő egyes akkumulátorcellák jellemzőit kiegyensúlyozzák és meghosszabbítsák a töltési időt. az akkumulátor élettartama.
A kiegyenlítő töltés az akkumulátor töltési folyamatának középső és késői szakaszában van. Amikor az akkumulátorcella feszültsége eléri vagy meghaladja a lekapcsolási feszültséget, a kiegyenlítő áramkör elkezd dolgozni, hogy csökkentse az akkumulátorcella áramát annak érdekében, hogy az akkumulátorcella feszültsége ne legyen magasabb, mint a töltési lekapcsolási feszültség. A kiegyenlítő töltés egyetlen funkciója a túltöltés megakadályozása, és a kisütési használat során negatív hatásokkal jár.
Kiegyenlítő töltés használatakor a kis kapacitású akkumulátorcella nincs túltöltve, és a felszabaduló teljesítmény kevesebb, mint az a teljesítmény, amely akkor szabadul fel, ha az equalizert nem használják enyhe túltöltésre, így az akkumulátorcella kisül. rövidebb idő és lehetséges túlmerülés A szex még nagyobb.
2. Kiegyenlítő töltés szükségessége:
A lítium akkumulátor gyártás jelenlegi szintjével és technológiájával a lítium akkumulátorcellák gyártási folyamatában finom különbségek lesznek az egyes lítium akkumulátorcellák között, ami a konzisztencia probléma. Az inkonzisztencia főként a lítium akkumulátorcellában nyilvánul meg. Kapacitás, belső ellenállás, önkisülési sebesség, töltés-kisütés hatékonysága stb. A lítium akkumulátorcellák inkonzisztenciája átkerül a lítium akkumulátorcsomagra, ami elkerülhetetlenül a lítium akkumulátor csomag elvesztését okozza'kapacitása, ami viszont az élet csökkenéséhez vezet.
Az összeszerelt lítium akkumulátor használata során a monomerek inkonzisztenciája is megjelenik az önkisülés mértéke és az alkatrészek hőmérséklete miatt. A lítium akkumulátor monomerek inkonzisztenciája befolyásolja a lítium akkumulátorcsomag töltését és kisütését. jellegzetes. Tanulmányok kimutatták, hogy a lítium akkumulátorcellák kapacitásának 20%-os különbsége a lítium akkumulátoregységek kapacitásveszteségének körülbelül 40%-át okozza.
A lítium-akkumulátor egyensúlyának lényege, hogy teljesítményelektronikai technológiát használnak a lítium-ion lítium akkumulátorcella vagy a lítium-akkumulátorcsomag feszültségének a várt tartományon belül tartására annak érdekében, hogy minden egyes lítium akkumulátor üzemben maradjon. normál használat során. Ugyanabban az állapotban, hogy elkerüljük a túltöltés és a túltöltés előfordulását. Ha a kiegyensúlyozást nem hajtják végre, a töltési és kisütési ciklusok növekedésével az egyes lítium akkumulátorok feszültsége fokozatosan differenciálódik, és az élettartama jelentősen csökken.
A lítium akkumulátorcellák inkonzisztenciája idővel tovább romlik véletlenszerű tényezők, például a hőmérséklet hatására. Normál körülmények között, ha a lítium akkumulátor üzemi környezeti hőmérséklete 10°C-kal magasabb, mint az optimális hőmérséklet, a lítium akkumulátor élettartama felére csökken. A soros jármű lítium akkumulátor-rendszerek nagy száma miatt, általában 88 és 100 sorozat között, kapacitásuk általában 20-60 kWh, és az egyes lítium akkumulátorsorok elhelyezkedése eltérő, ami hőmérséklet-különbséget okoz.
Még ugyanabban az akkumulátordobozban is előfordulhat hőmérséklet-különbség a lítium akkumulátor helye és fűtése miatt, és ez a hőmérséklet-különbség jelentős negatív hatással lesz a lítium akkumulátor élettartamára, ami a lítium akkumulátort okozza. kiegyensúlyozatlannak tűnik, és az utazótávolság csökken. , A ciklus élettartama lerövidül. Éppen ezen problémák miatt nem lehet teljes mértékben kihasználni a teljes akkumulátorrendszer kapacitását, ami akkumulátorrendszer veszteségeket okoz, és az ilyen rendszerveszteségek mérséklése az akkumulátorrendszer élettartamát is nagymértékben meghosszabbítja.
A lítium akkumulátor cellák közötti konzisztencia a legközvetlenebb és legfontosabb befolyásolója a lítium akkumulátor kapacitásának, mivel a lítium akkumulátor kapacitása olyan paraméter, amely rövid időn belül nem mérhető közvetlenül, de a lítium akkumulátor cella kapacitása A nyitott áramköri feszültségek között egy az egyhez egyezés van. A lítium akkumulátor cella feszültsége online valós időben mérhető, ami kedvező feltételt jelent a lítium akkumulátor cella konzisztencia szintjének mérésére. Az akkumulátor menedzsment rendszer irányítási stratégiájában vannak kisülési befejezési feltételek, töltés befejezési feltételek stb., ahol a lítium akkumulátorcella feszültségértékét használják kiváltó feltételként.
Az ebben a helyzetben lévő paraméternél a lítium akkumulátorcellák feszültség-konzisztenciájának túlzott különbsége közvetlenül korlátozza a lítium akkumulátorcsomag töltési és kisütési teljesítményét. Ennek alapján a lítium akkumulátor kiegyenlítési módszer alkalmazása a már működő lítium akkumulátorcsomag túlzott feszültségkülönbségének megoldására hatékony intézkedés a lítium akkumulátorcsomag kapacitásának növelésére és az akkumulátor élettartamának meghosszabbítására. a lítium akkumulátor.
Másodszor, a passzív egyensúly előnyei és hátrányai
A lítium akkumulátorcsomagok kiegyenlítésének kezelésében a soros párhuzamos lítium akkumulátorcsomagok feszültségkiegyenlítésének jelenlegi módszerei passzív kiegyenlítésre és aktív kiegyenlítésre oszlanak. Az energiafogyasztás típusú mérleget általában passzív mérlegként definiálják. A passzív kiegyenlítés ellenállásokat használ a nagyfeszültségű vagy nagy töltésű akkumulátorok energiájának felhasználására, hogy elérje a különböző akkumulátorok közötti távolság csökkentését. Ez egy energiaigényes típus. kiegyensúlyozott. Jelenleg számos akkumulátor-kezelő rendszer létezik, amelyek passzív egyensúlyt alkalmaznak a piacon. Mivel a passzív egyensúlyi technológiát a lítium akkumulátorok piacán az aktív egyensúly előtt alkalmazzák, a technológia viszonylag kiforrott, és a passzív egyensúlyi szerkezet egyszerűbb és szélesebb körben használt.
A lítium akkumulátorcsomagok egyensúlykezelése magában foglalja a feszültség-, áram- és hőmérséklet-egyensúlyt. Közülük a lítium akkumulátorok feszültségmérlege a legalapvetőbb, vagyis a lítium akkumulátor cellák feszültségmérlege a soros lítium akkumulátorcsomagokban. Hasonlóképpen, az áramegyensúly a lítium akkumulátorcsomagban lévő egyes lítium akkumulátorcellák áramának egyensúlyára utal párhuzamosan.
A lítium akkumulátorcsomagokban az oka annak, hogy a lítium akkumulátorcellák teljesítménye túl gyorsan csökken, az az, hogy az áram nem egyenletes, és az egyes cellák túlértékelt körülmények között működnek, ami túlzott teljesítménycsökkenést eredményez. A lítium akkumulátorcellák hőmérséklet-különbségét az inkonzisztens hőtermelés és az inkonzisztens hőleadás okozza. Jelenleg a lítium-akkumulátorok hőmérséklet-egyensúlyát általában fizikai módszerekkel oldják meg, például természetes léghűtéssel, léghűtéssel és folyadékhűtéssel.
Mivel a passzív kiegyenlítés ellenállásokat használ az energiafogyasztáshoz, hő keletkezik, és a kiegyenlítő áram kicsi, ami csökkenti az egész rendszer hatékonyságát. A passzív kiegyenlítés a hőgazdálkodás követelményei alapján csak szakaszonként kiegyenlíthető. A lítium akkumulátorok nagyon érzékenyek a hőre, ezért feltétlenül kerülni kell a külső hőmérséklet emelkedését. A passzív kiegyenlítés a lítium akkumulátoregység helyi felmelegedését okozza, a magas hőmérséklet pedig növeli az alkatrészek meghibásodásának arányát. Emiatt, tekintettel a passzív egyensúly által termelt hőre, speciális követelményeket támasztanak a lítium akkumulátorok biztonsági és szerkezeti kialakításával szemben.
3. A passzív egyensúly működési elve
A passzív kiegyenlítés általában nagyobb feszültségű lítium akkumulátorokat kisüt az ellenállás kisülése révén, és hő formájában áramot bocsát ki, így több töltési időt nyer más lítium akkumulátorokhoz. A töltési folyamat során a lítium akkumulátor általában töltési felső határvédelmi feszültségértékkel rendelkezik. Ha a töltés során a feszültség meghaladja ezt az értéket, amelyet" túltöltés" néven ismernek, a lítium akkumulátor megéghet vagy felrobbanhat.
Ezért a lítium akkumulátor védőlap általában túltöltés elleni védelemmel rendelkezik, hogy megakadályozza a lítium akkumulátor túltöltését. Ez azt jelenti, hogy amikor a lítium akkumulátorok sorozata eléri ezt a feszültségértéket, a lítium akkumulátor védőkártya levágja a töltőáramkört és leállítja a töltést.
A töltéskiegyenlítés az akkumulátor töltési folyamatának középső és késői szakaszában történik, amikor az akkumulátorcella feszültsége eléri vagy meghaladja a lekapcsolási feszültséget, a kiegyenlítő áramkör elkezd dolgozni, hogy csökkentse az akkumulátor cella áramát, hogy korlátozza a teljesítményt. az akkumulátorcella feszültsége nem lehet magasabb, mint a töltési lekapcsolási feszültség. A töltéskiegyenlítés egyetlen funkciója a túltöltés megakadályozása, és a kisütési használat során negatív hatásokkal jár. A töltéskiegyenlítés használatakor a kis kapacitású akkumulátorcella nincs túltöltve, és a felszabaduló teljesítmény kevesebb, mint az a teljesítmény, amely akkor szabadul fel, ha az equalizert nem használják enyhe túltöltésre, így az akkumulátorcella kisül. rövidebb idő és lehetséges túlmerülés A szex még nagyobb.
A lítium akkumulátor csomag kapacitásveszteségének vázlatos diagramja töltés közben az 1. ábrán látható. Az 1. ábrán a 2# lítium akkumulátor kapocsfeszültségét először a beállított védelmi feszültség értékre töltik fel, ami beindítja a védelmi mechanizmust. A lítium akkumulátor védőáramkörének feszültségét, és leállítja a lítiumot. Az akkumulátorcsomag töltése közvetlenül azt okozza, hogy az 1#, 3## és 4 lítium akkumulátort nem lehet teljesen feltölteni. A teljes lítium akkumulátorcsomag teljes töltési kapacitása a 2#-os lítium akkumulátorra korlátozódik, ezért a lítium akkumulátorcsomag nem töltődik fel teljesen. A lítium akkumulátor teljes feltöltéséhez kiegyenlítő töltőáramkört kell használni a töltés során.
A lítium akkumulátor töltési folyamata során minden lítium akkumulátor egy kiegyenlítő áramkörrel van felszerelve a 2. ábrán látható módon (minden lítium akkumulátor egy párhuzamos feszültségstabilizáló kiegyenlítő áramkörrel van összekötve), és minden lítium akkumulátort a kiegyenlítő áramkör töltés közben. A lítium akkumulátor feszültsége a lítium akkumulátorok minden egyes sorát azonos állapotban tartja, biztosítva a lítium akkumulátor teljesítményét és élettartamát.
Ha a lítium akkumulátor kiegyenlítő áramkör által beállított feszültség 4,2 V, amikor a lítium akkumulátor nem éri el a 4,2 V-ot, a párhuzamos feszültségszabályozó áramkör nem működik, minden lítium akkumulátor töltődik, és a töltőáram továbbra is áthalad a lítium akkumulátoron. A 3. ábrán látható módon.
Amikor a 2# lítium akkumulátor kapocsfeszültség eléri a 4,2 V-ot, a kiegyenlítő áramkör elkezd működni, és stabilizálja a feszültséget 4,2 V-ra, vagyis a töltőáram többé nem halad át a 2# lítium akkumulátoron, ahogy az ábra mutatja. Ily módon az 1#, 3# és 4# lítium akkumulátorok töltési ideje megfelelően meghosszabbodik, ezáltal megnő a teljes lítium akkumulátorcsomag teljesítménye. Azonban a 2. számú lítium akkumulátor lemerült teljesítményének 100%-a hőleadássá alakul, ami sok pazarlást okoz (a 2. számú lítium akkumulátor hőleadása a rendszer veszteségét és az energiapazarlást jelenti ).
A 2. ábrán látható söntszabályozó áramkör működési elve a következő: TL431 a referenciafeszültség, és a feszültséget a változó ellenállás beállításával 4,2 V-ra állítjuk be. Ha a lítium akkumulátor két vége 4,2 V-nál kisebb, akkor a TL431 nem vesz fel áramot, azaz Ib=0 alatt van, tehát Ic=0, a tranzisztor lekapcsol, és a töltőáram továbbra is átmegy a lítiumon teljesítmény akkumulátor. Ha a lítium akkumulátor mindkét vége eléri a 4,2 V-ot, a TL431 elkezdi felvenni az Ib>0 áramot, és a töltőáram (azaz Ic) áthalad a triódán, és nem a lítium akkumulátoron, azaz , a lítium akkumulátor már nem töltődik.
Az áramkörben sorba kapcsolt három IN4001 dióda feszültségosztóként működik, ami csökkentheti a TIP42 tranzisztoron disszipált teljesítményt. Ha ez a három IN4001 dióda nincs csatlakoztatva, a TIP42 tranzisztoron disszipált teljesítmény: P=4,2V×töltőáram, az IN4001 dióda hozzáadása után P=(4,2V-3×0,7V)×töltőáram. A jobb szélen található fénykibocsátó dióda jelző funkcióval rendelkezik. A lámpa világít, jelezve, hogy a feszültség elérte a 4,2 V-ot, vagyis az ennek a kiegyenlítő áramkörnek megfelelő akkumulátor teljesen fel van töltve.
Negyedszer, a sönt ellenálláson alapuló kiegyenlítő töltőáramkör jellemzői
A legegyszerűbb kiegyenlítő áramkör a terhelési fogyasztás egyensúlya, vagyis minden lítium akkumulátorhoz párhuzamosan egy ellenállás, a vezérléshez pedig sorba van kötve egy kapcsoló. Ha a lítium akkumulátor feszültsége túl magas, a kapcsolót bekapcsolják, és a töltőáramot átvezetik az ellenálláson. Ily módon a nagyfeszültségű lítium akkumulátor kis töltőárammal, az alacsony feszültségű lítium akkumulátor pedig nagy töltőárammal rendelkezik. Ily módon a lítium akkumulátor feszültsége kiegyenlíthető, de ez a módszer csak kis kapacitású lítium akkumulátorokra alkalmazható. Ez irreális a kapacitású lítium akkumulátor esetében.
Csatlakoztassa párhuzamosan az ellenállásokat a lítium akkumulátorcella mindkét végén, hogy az ellenállás felemelje a lítium akkumulátor energiájának egy részét. A párhuzamos ellenállásnak két formája van. Az egyik a fix kapcsolat. Az ellenállás hosszú ideig párhuzamosan van csatlakoztatva a lítium akkumulátor mindkét végén. A lítium akkumulátorcella feszültsége Ha magas, az ellenálláson áthaladó áram nagy, és több energiát fogyaszt. Ha a lítium akkumulátor feszültsége alacsony, az ellenállás kevesebb energiát fogyaszt. Az ellenállás nyomásérzékeny karakterisztikája révén megvalósul a lítium akkumulátor kapcsának feszültségegyensúlya. Ez egy elméletileg megvalósítható módszer, és a gyakorlatban ritkán alkalmazzák.
Elemezze a lítium akkumulátor kiegyenlítés szükségességét és a passzív kiegyenlítő töltőáramkör jellemzőit
Az ellenállások párhuzamos csatlakoztatásának másik módja az, hogy a cella mindkét végén párhuzamosan kapcsoljuk az ellenállásokat egy kapcsolóhurkon keresztül. A kapcsolót a felügyeleti rendszertől érkező jel váltja ki. Amikor a rendszer megállapítja, hogy melyik cellafeszültség vagy SOC magas, összekapcsolja a párhuzamos ellenállását, hogy felhasználja az energiáját.
A söntellenálláson alapuló kiegyensúlyozott töltés elve az 5. ábrán látható, vagyis minden lítium akkumulátorcella párhuzamosan van kapcsolva egy söntellenállással. Az 5. ábrán látható áramkörből látható, hogy az ellenálláson lévő söntáramnak sokkal nagyobbnak kell lennie, mint a lítium akkumulátoré. Az önkisülési áram a kiegyensúlyozott töltés hatását érheti el. Általában a lítium akkumulátor önkisülési árama körülbelül C/20000, tehát a C/200 megfelelőbb a söntellenálláson átfolyó áramhoz. Emellett az egyes söntellenállások eltérése is fontos tényező a kiegyenlítő hatásban. Bizonyos számú töltési és kisütési ciklus után a lítium akkumulátorcella eltérése a következő képlettel határozható meg:
Elemezze a lítium akkumulátor kiegyenlítés szükségességét és a passzív kiegyenlítő töltőáramkör jellemzőit
Ahol: VC a lítium akkumulátor feszültségeltérése; R a sönt ellenállása; I a lítium akkumulátor önkisülési árama; VD a lítium akkumulátor cellájának feszültsége; K az ellenállás eltérése.
Ha a sönt ellenállása 20Ω±0,05%, a lítium akkumulátor feszültségeltérése 50mV tartományon belül szabályozható. Az egyes ellenállások átlagos teljesítménye 0,72 W, de a sönt ellenállás mindig áramot fogyaszt, függetlenül a töltési folyamattól vagy a lítium akkumulátor kisütési folyamatától.
A söntellenálláson alapuló kiegyensúlyozott töltés elvét egy ki-be kapcsolóval kiegészítve a 6. ábra mutatja be. A ki-be sönt ellenállásos kiegyensúlyozott töltés és az ellenállási sönt kiegyensúlyozott töltés közötti különbség egy ki-be kapcsoló hozzáadása. a vezérlőrendszer szoftverével vezérelhető, egyszerű logikai áramkörökkel is megvalósítható. Az ezt a vezérlési módot alkalmazó kiegyenlítő áramkör csak a lítium akkumulátor töltésének állandó feszültségű töltési szakaszában működik, és a be-ki kapcsoló máskor mindig ki van kapcsolva, így amikor a lítium akkumulátorcsomag lemerül, a sönt ellenállás nem lép fel. energiát fogyasztani. Ennek az áramkörnek azonban az a fő hátránya, hogy a be-ki kapcsoló meghibásodási aránya viszonylag magas, és redundáns eszközökre van szükség.
