Litija akumulatora jaudas izlīdzināšanas nepieciešamība un pasīvās izlīdzināšanas uzlādes ķēdes raksturojums
1. Izlīdzināšanas maksas definīcija un izlīdzināšanas nepieciešamība
1. Izlīdzināšanas lādiņa definīcija:
Izlīdzinošā uzlāde tiek saīsināta kā izlīdzinošā uzlāde, kas ir izlīdzinošā akumulatora raksturlielumu uzlāde. Tas attiecas uz sprieguma nelīdzsvarotību akumulatora spailē, ko izraisa individuālas atšķirības akumulatorā, temperatūras atšķirības un citi iemesli akumulatora lietošanas laikā. Lai izvairītos no šīs nelīdzsvarotības tendences pasliktināšanās, ir jāpalielina akumulatora uzlādes spriegums un jāuzlādē akumulators līdzsvarotā veidā, lai līdzsvarotu katras akumulatora elementa īpašības un paildzinātu tā darbības laiku. akumulatora kalpošanas laiks.
Izlīdzināšanas uzlāde notiek jaudas akumulatora uzlādes procesa vidējā un beigu posmā. Kad strāvas akumulatora elementa spriegums sasniedz vai pārsniedz atslēgšanas spriegumu, balansēšanas ķēde sāk darboties, lai samazinātu jaudas akumulatora elementa strāvu, lai ierobežotu strāvas akumulatora elementa spriegumu, kas nepārsniedz uzlādes atslēgšanas spriegumu. Vienīgā uzlādes izlīdzināšanas funkcija ir novērst pārlādēšanu, un tas radīs negatīvas sekas izlādes lietošanas laikā.
Izmantojot izlīdzināšanas uzlādi, mazas ietilpības jaudas akumulatora elements netiek pārlādēts, un jaudas daudzums, ko var atbrīvot, ir mazāks par jaudu, ko var atbrīvot, ja ekvalaizers netiek izmantots vieglai pārlādēšanai, tādējādi izlādējoties akumulatora elementam. īsāks laiks un iespējama pārmērīga izlāde Sekss ir vēl lielāks.
2. Nepieciešamība izlīdzināt uzlādi:
Ar pašreizējo litija jaudas bateriju ražošanas līmeni un tehnoloģiju litija jaudas bateriju elementu ražošanas procesā starp katru litija jaudas akumulatora elementu būs nelielas atšķirības, kas ir konsekvences problēma. Neatbilstība galvenokārt izpaužas litija jaudas akumulatora šūnā. Jauda, iekšējā pretestība, pašizlādes ātrums, uzlādes-izlādes efektivitāte utt. Litija jaudas akumulatora elementu neatbilstība tiek pārnesta uz litija jaudas akumulatoru bloku, kas neizbēgami izraisīs litija jaudas akumulatora bloka zudumu'spēju, kas savukārt noved pie dzīves samazināšanās.
Samontētā litija jaudas akumulatora izmantošanas procesā monomēru nekonsekvence parādīsies arī pašizlādes pakāpes un detaļu temperatūras dēļ. Litija jaudas akumulatora monomēru nekonsekvence ietekmē litija jaudas akumulatora bloka uzlādi un izlādi. raksturīga. Pētījumi liecina, ka litija jaudas akumulatoru elementu jaudas atšķirība par 20% radīs aptuveni 40% no litija jaudas akumulatoru bloku jaudas zuduma.
Litija jaudas akumulatora līdzsvara nozīme ir enerģijas elektroniskās tehnoloģijas izmantošana, lai litija jonu jaudas akumulatora elementa sprieguma novirze vai litija jaudas akumulatora bloka spriegums būtu paredzētajā diapazonā, lai nodrošinātu katra atsevišķa litija jaudas akumulatora uzturēšanu. normālas lietošanas laikā. Tas pats stāvoklis, lai izvairītos no pārmaksas un pārslodzes. Ja līdzsvara kontrole netiek veikta, palielinoties uzlādes un izlādes cikliem, katra atsevišķa litija jaudas akumulatora spriegums pakāpeniski atšķirsies, un kalpošanas laiks tiks ievērojami samazināts.
Litija akumulatora elementu nekonsekvence laika gaitā vēl vairāk pasliktināsies nejaušu faktoru, piemēram, temperatūras, ietekmē. Normālos apstākļos, kad litija jaudas akumulatora darbības vides temperatūra ir par 10°C augstāka nekā tā optimālā temperatūra, litija jaudas akumulatora darbības laiks tiks samazināts uz pusi. Tā kā sērijveidā ir liels skaits transportlīdzekļu litija jaudas akumulatoru sistēmu, parasti no 88 līdz 100 sērijām, to jauda parasti ir no 20 līdz 60 kWh, un katras litija jaudas akumulatoru virknes atrašanās vieta ir atšķirīga, kas radīs temperatūras atšķirību.
Pat tajā pašā jaudas akumulatora kastē būs temperatūras starpība litija jaudas akumulatora atrašanās vietas un apkures dēļ, un šī temperatūras atšķirība būtiski negatīvi ietekmēs litija akumulatora darbības laiku, izraisot litija jaudas akumulatora darbību. šķiet nelīdzsvarots, un kreisēšanas diapazons samazināsies. , Cikla kalpošanas laiks ir saīsināts. Tieši šo problēmu dēļ nevar pilnībā izmantot visas akumulatoru sistēmas kapacitāti, radot akumulatoru sistēmas zudumus, un šādu sistēmas zudumu mazināšana arī ievērojami pagarinās akumulatoru sistēmas kalpošanas laiku.
Konsekvence starp litija akumulatora elementiem ir vistiešākā un vissvarīgākā ietekme uz litija jaudas akumulatora kapacitāti, jo litija jaudas akumulatora kapacitāte ir parametrs, kuru nevar tieši izmērīt īsā laikā, bet litija jaudas akumulatora elementu kapacitāte ir Starp atvērtās ķēdes spriegumiem ir savstarpēja atbilstība. Litija akumulatora elementa spriegumu var izmērīt tiešsaistē reāllaikā, kas padara to par labvēlīgu nosacījumu litija jaudas akumulatora elementa konsistences līmeņa mērīšanai. Akumulatora vadības sistēmas pārvaldības stratēģijā ir izlādes beigu nosacījumi, uzlādes beigu nosacījumi utt., kur litija jaudas akumulatora elementa sprieguma vērtība tiek izmantota kā sprūda nosacījums.
Šajā pozīcijā esošajam parametram pārmērīga litija jaudas akumulatora elementu sprieguma konsekvences atšķirība tieši ierobežo litija jaudas akumulatora bloka uzlādes un izlādes jaudu. Pamatojoties uz to, litija jaudas akumulatora izlīdzināšanas metodes izmantošana, lai atrisinātu jau esošā litija jaudas akumulatora bloka pārmērīgas sprieguma starpības problēmu, ir efektīvs pasākums, lai palielinātu litija jaudas akumulatora bloka jaudu un pagarinātu tā kalpošanas laiku. litija jaudas akumulators.
Otrkārt, pasīvā līdzsvara priekšrocības un trūkumi
Litija jaudas bateriju bloku izlīdzināšanas pārvaldībā pašreizējās metodes sērijveida paralēlo litija jaudas bateriju bloku sprieguma izlīdzināšanai tiek sadalītas pasīvajā izlīdzināšanā un aktīvajā izlīdzināšanā. Parasti enerģijas patēriņa veida bilanci definē kā pasīvo līdzsvaru. Pasīvais līdzsvars izmanto rezistorus, lai patērētu augstsprieguma vai augstas uzlādes akumulatoru enerģiju, lai sasniegtu mērķi samazināt atstarpi starp dažādām baterijām. Tas ir enerģiju patērējošs veids. līdzsvarots. Pašlaik tirgū ir daudz akumulatoru pārvaldības sistēmu, kas pieņem pasīvo līdzsvaru. Tā kā litija jaudas bateriju tirgū pirms aktīvā līdzsvara tiek izmantota pasīvā līdzsvara tehnoloģija, tehnoloģija ir salīdzinoši nobriedusi, un pasīvā līdzsvara struktūra ir vienkāršāka un plašāk izmantota.
Litija jaudas bateriju bloku līdzsvara pārvaldība ietver sprieguma līdzsvaru, strāvas līdzsvaru un temperatūras līdzsvaru. Starp tiem litija jaudas akumulatoru bloku sprieguma bilance ir visvienkāršākā, tas ir, litija jaudas akumulatoru elementu sprieguma bilance sērijveida litija jaudas akumulatoru komplektos. Līdzīgi strāvas bilance attiecas uz katras litija jaudas akumulatora elementa strāvas līdzsvaru litija jaudas akumulatora blokā paralēli.
Litija jaudas bateriju komplektos litija jaudas bateriju elementu veiktspēja pārāk ātri samazinās tāpēc, ka strāva ir nekonsekventa un atsevišķas baterijas darbojas pārmērīgas slodzes apstākļos, kā rezultātā pārmērīgi samazinās veiktspēja. Litija akumulatora elementu temperatūras starpību izraisa nekonsekventa siltuma veidošanās un nekonsekventa siltuma izkliede. Pašlaik litija jaudas bateriju komplektu temperatūras bilance parasti tiek atrisināta ar fiziskām metodēm, piemēram, dabisko gaisa dzesēšanu, piespiedu gaisa dzesēšanu un šķidruma dzesēšanu.
Tā kā pasīvā izlīdzināšanā enerģijas patērēšanai tiek izmantoti rezistori, rodas siltums, un izlīdzināšanas strāva ir maza, kas samazina visas sistēmas efektivitāti. Pamatojoties uz siltuma pārvaldības prasībām, pasīvo izlīdzināšanu var izlīdzināt tikai pa sekcijai. Litija jaudas baterijas ir ļoti jutīgas pret karstumu, un ir nepieciešams pilnībā izvairīties no ārējās temperatūras paaugstināšanās. Pasīvā izlīdzināšana izraisīs litija jaudas akumulatora lokālu uzkarsēšanu, un augsta temperatūra palielinās komponentu atteices līmeni. Šī iemesla dēļ, ņemot vērā pasīvā līdzsvara radīto siltumu, litija jaudas akumulatoru drošībai un konstrukcijas projektēšanai tiek izvirzītas īpašas prasības.
3. Pasīvā līdzsvara darbības princips
Pasīvā izlīdzināšana parasti izlādē litija baterijas ar augstāku spriegumu ar pretestības izlādi un atbrīvo elektrību siltuma veidā, lai iegūtu vairāk uzlādes laika citām litija jaudas baterijām. Uzlādes procesa laikā litija jaudas akumulatoram parasti ir uzlādes augšējās robežas aizsardzības sprieguma vērtība. Ja spriegums uzlādes laikā pārsniedz šo vērtību, ko parasti sauc par" overcharge", litija jaudas akumulators var sadedzināt vai eksplodēt.
Tāpēc litija jaudas akumulatora aizsardzības panelim parasti ir pārlādēšanas aizsardzības funkcija, lai novērstu litija jaudas akumulatora pārmērīgu uzlādi. Tas ir, kad litija jaudas akumulatoru virkne sasniedz šo sprieguma vērtību, litija jaudas akumulatora aizsardzības panelis pārtrauks uzlādes ķēdi un pārtrauks uzlādi.
Uzlādes izlīdzināšana notiek jaudas akumulatora uzlādes procesa vidējā un beigu posmā, kad jaudas akumulatora elementa spriegums sasniedz vai pārsniedz atslēgšanas spriegumu, izlīdzināšanas ķēde sāk darboties, lai samazinātu jaudas akumulatora elementa strāvu, lai ierobežotu strāvas akumulatora elementa spriegums nedrīkst būt lielāks par uzlādes atslēgšanas spriegumu. Vienīgā uzlādes izlīdzināšanas funkcija ir novērst pārlādēšanu, un tas radīs negatīvas sekas izlādes lietošanas laikā. Lietojot uzlādes izlīdzināšanu, mazas ietilpības akumulatora elements netiek pārlādēts, un jaudas daudzums, ko var atbrīvot, ir mazāks par jaudu, kas var tikt atbrīvota, ja ekvalaizers netiek izmantots vieglai pārlādēšanai, tādējādi izlādējoties akumulatora elementam. īsāks laiks un iespējama pārmērīga izlāde Sekss ir vēl lielāks.
Litija akumulatora jaudas zuduma shematiskā diagramma uzlādes laikā ir parādīta 1. attēlā. 1. attēlā 2# litija jaudas akumulatora spaiļu spriegums vispirms tiek uzlādēts līdz iestatītajai aizsardzības sprieguma vērtībai, kas iedarbina aizsardzības mehānismu. litija jaudas akumulatora aizsardzības ķēde un aptur litija. Strāvas akumulatora uzlāde tieši izraisa to, ka 1#, 3## un 4 litija jaudas akumulatorus nevar pilnībā uzlādēt. Visa litija jaudas akumulatora bloka pilna uzlādes jauda ir ierobežota līdz 2# litija jaudas akumulatoram, kā rezultātā litija akumulatora bloku neizdodas pilnībā uzlādēt. Lai pilnībā uzlādētu litija jaudas akumulatoru, uzlādes laikā ir jāizmanto izlīdzinošā uzlādes ķēde.
Litija jaudas akumulatora uzlādes procesā katrs litija jaudas akumulators ir aprīkots ar izlīdzināšanas ķēdi, kā parādīts 2. attēlā (katrs litija jaudas akumulators ir savienots ar paralēlu sprieguma stabilizācijas izlīdzināšanas ķēdi), un katru litija jaudas akumulatoru kontrolē izlīdzināšanas ķēde uzlādes laikā. Litija barošanas akumulatora spriegums uztur katru litija jaudas bateriju virkni tādā pašā stāvoklī, nodrošinot litija jaudas akumulatora veiktspēju un kalpošanas laiku.
Ja litija jaudas akumulatora izlīdzināšanas ķēdes iestatītais spriegums ir 4,2 V, kad litija jaudas akumulators nesasniedz 4,2 V, paralēlā sprieguma regulatora ķēde nedarbojas, katrs litija jaudas akumulators turpina uzlādēt un lādēšanas strāva turpinās iziet cauri litija jaudas akumulatoram. Kā parādīts 3. attēlā.
Kad 2# litija jaudas akumulatora spailes spriegums sasniedz 4,2 V, izlīdzināšanas ķēde sāk darboties, un tā stabilizēs spriegumu līdz 4,2 V, tas ir, uzlādes strāva vairs neiet caur 2# litija jaudas akumulatoru, kā parādīts attēlā. 4. attēlā. Šādā veidā tiek attiecīgi pagarināts 1#, 3# un 4# litija jaudas akumulatoru uzlādes laiks, tādējādi palielinot visa litija jaudas bateriju komplekta jaudu. Tomēr 100% no 2. litija jaudas akumulatora izlādētās jaudas tiek pārvērsta siltuma izdalīšanā, izraisot daudz atkritumu (litija jaudas akumulatora Nr. 2 siltuma izkliede ir sistēmas zudums un enerģijas izšķērdēšana ).
2. attēlā parādītās šunta regulatora ķēdes darbības princips ir šāds: TL431 ir atsauces spriegums, un spriegums tiek noregulēts uz 4,2 V, pielāgojot mainīgo pretestību. Ja litija jaudas akumulatora abi gali ir mazāki par 4,2 V, TL431 neuzņem strāvu, tas ir, Ib=0 zemāk, tātad Ic=0, tranzistors tiek nogriezts, un uzlādes strāva joprojām iet caur litiju. strāvas akumulators. Ja litija jaudas akumulatora abi gali sasniedz 4,2 V, TL431 sāk absorbēt strāvu, Ib>0, un uzlādes strāva (ti, Ic) iet cauri triodi un neiziet cauri litija jaudas akumulatoram, tas ir, , litija jaudas akumulators vairs netiek uzlādēts.
Trīs ķēdē virknē savienotās diodes IN4001 darbojas kā sprieguma dalītājs, kas var samazināt tranzistora TIP42 izkliedēto jaudu. Ja šīs trīs diodes IN4001 nav pievienotas, tranzistora TIP42 izkliedētā jauda: P=4.2V×lādēšanas strāva, pēc diodes IN4001 pievienošanas, P=(4.2V-3×0.7V)×lādēšanas strāva. Gaismas diodei labajā malā ir indikācijas funkcija. Deg indikators, kas norāda, ka spriegums ir sasniedzis 4,2 V, tas ir, šai izlīdzināšanas ķēdei atbilstošais akumulators ir pilnībā uzlādēts.
Ceturtkārt, izlīdzinošās uzlādes ķēdes īpašības, pamatojoties uz šunta pretestību
Vienkāršākā līdzsvara ķēde ir slodzes patēriņa bilance, tas ir, katram litija jaudas akumulatoram paralēli ir pievienots rezistors, un vadībai virknē ir pievienots slēdzis. Ja litija jaudas akumulatora spriegums ir pārāk augsts, slēdzis tiek ieslēgts un lādēšanas strāva tiek novirzīta caur rezistoru. Tādā veidā augstsprieguma litija jaudas akumulatoram ir maza uzlādes strāva, bet zemsprieguma litija jaudas akumulatoram ir liela uzlādes strāva. Tādā veidā litija jaudas akumulatora spriegumu var līdzsvarot, taču šo metodi var izmantot tikai mazas ietilpības litija jaudas akumulatoriem. Tas ir nereāli litija jaudas akumulatoram.
Savienojiet rezistorus paralēli abos litija jaudas akumulatora elementa galos, lai ļautu pretestībai patērēt daļu no litija jaudas akumulatora enerģijas. Ir divi paralēlās pretestības veidi. Viens ir fiksēts savienojums. Rezistors ilgu laiku ir savienots paralēli abos litija jaudas akumulatora galos. Litija akumulatora elementa spriegums Ja tas ir augsts, strāva caur rezistoru ir liela un patērē vairāk enerģijas. Ja litija jaudas akumulatora spriegums ir zems, rezistors patērē mazāk enerģijas. Izmantojot pretestības spiedienjutīgo raksturlielumu, tiek realizēts litija jaudas akumulatora spailes sprieguma līdzsvars. Šī metode ir teorētiski iespējama, un praksē to izmanto reti.
Analizēt litija jaudas akumulatora izlīdzināšanas nepieciešamību un pasīvās izlīdzināšanas uzlādes ķēdes īpašības
Vēl viens veids, kā paralēli savienot rezistorus, ir paralēli savienot rezistorus abos šūnas galos, izmantojot slēdža cilpu. Slēdzi iedarbina vadības sistēmas signāls. Kad sistēma nosaka, kurš šūnas spriegums vai SOC ir augsts, tā savieno savu paralēlo pretestību, lai patērētu enerģiju.
Līdzsvarotas uzlādes princips, kas balstīts uz šunta pretestību, ir parādīts 5. attēlā, tas ir, katra litija jaudas akumulatora šūna ir savienota paralēli ar šunta pretestību. No shēmas, kas parādīta 5. attēlā, var redzēt, ka pretestības šunta strāvai jābūt daudz lielākai nekā litija jaudas akumulatoram. Pašizlādes strāva var sasniegt līdzsvarotas uzlādes efektu. Parasti litija jaudas akumulatora pašizlādes strāva ir aptuveni C/20000, tāpēc C/200 ir piemērotāka strāvai, kas plūst caur šunta rezistoru. Turklāt katras šunta pretestības novirze ir arī svarīgs faktors, kas ietekmē izlīdzināšanas efektu. Pēc noteikta skaita uzlādes un izlādes ciklu litija jaudas akumulatora elementa novirzi var noteikt pēc šādas formulas:
Analizēt litija jaudas akumulatora izlīdzināšanas nepieciešamību un pasīvās izlīdzināšanas uzlādes ķēdes īpašības
Kur: VC ir litija jaudas akumulatora sprieguma novirze; R ir šunta pretestība; I ir litija jaudas akumulatora pašizlādes strāva; VD ir litija jaudas akumulatora elementa spriegums; K ir pretestības novirze.
Ja šunta pretestība ir 20Ω±0,05%, litija jaudas akumulatora sprieguma novirzi var kontrolēt 50mV diapazonā. Katra rezistora vidējā jauda ir 0,72 W, bet šunta rezistors vienmēr patērē strāvu neatkarīgi no litija jaudas akumulatora uzlādes procesa vai izlādes procesa.
Līdzsvarotas uzlādes princips, kas balstīts uz šunta pretestību, pievienojot ieslēgšanas-izslēgšanas slēdzi, ir parādīts 6. attēlā. Atšķirība starp ieslēgšanas-izslēgšanas šunta rezistoru līdzsvarotu uzlādi un pretestības šunta balansētu uzlādi ir ieslēgšanas-izslēgšanas slēdža pievienošana. var kontrolēt ar vadības sistēmas programmatūru, to var realizēt arī ar vienkāršām loģiskām shēmām. Izlīdzināšanas ķēde, kas izmanto šo vadības režīmu, darbojas tikai litija akumulatora uzlādes pastāvīga sprieguma uzlādes sadaļā, un citos laikos ieslēgšanas-izslēgšanas slēdzis vienmēr ir izslēgts, tāpēc, kad litija jaudas akumulatora bloks ir izlādējies, šunta rezistors nedarbojas. patērēt enerģiju. Bet galvenais šīs ķēdes trūkums ir tas, ka ieslēgšanas-izslēgšanas slēdža atteices līmenis ir salīdzinoši augsts, un ir nepieciešami lieki līdzekļi.
