Nødvendigheten av Lithium Power-batteriutjevning og kjennetegn ved passiv utjevningsladekrets
1. Definisjonen av utjevningslading og nødvendigheten av utjevning
1. Definisjon av utjevningsladning:
Utjevningslading er forkortet som utjevningslading, som er lading av utjevningsbatterikarakteristikk. Det refererer til spenningsubalansen ved batteriterminalen på grunn av individuelle forskjeller i batteriet, temperaturforskjeller og andre årsaker under bruk av batteriet. For å unngå forverring av denne ubalansertrenden, er det nødvendig å øke ladespenningen til batteripakken og lade batteriet på en balansert måte, for å balansere egenskapene til hver battericelle i batteripakken og forlenge levetiden til batteriet.
Utjevningslading er i midt- og senstadiet av ladeprosessen for strømbatteriet. Når strømbatteriets cellespenning når eller overskrider avskjæringsspenningen, begynner balanseringskretsen å arbeide for å redusere strømbattericellestrømmen for å begrense strømbatteriets cellespenning til ikke å være høyere enn ladesperrespenningen. Den eneste funksjonen til utjevningslading er å forhindre overlading, og det vil gi negative effekter under utladningsbruk.
Når du bruker utjevningslading, overlades ikke strømbattericellen med liten kapasitet, og mengden strøm som kan frigjøres er mindre enn kraften som kan frigjøres når equalizeren ikke brukes til lett overlading, noe som gjør at battericellen utlades tid kortere og mulig overutladning Sex er enda større.
2. Nødvendigheten av å utjevne lading:
Med dagens nivå og teknologi for produksjon av litiumbatterier, i produksjonsprosessen av litiumbattericeller, vil det være subtile forskjeller mellom hver litiumbattericelle, som er konsistensproblemet. Inkonsekvensen er hovedsakelig manifestert i litiumbattericellen. Kapasitet, intern motstand, selvutladningshastighet, ladnings-utladningseffektivitet osv. Inkonsekvensen til litiumbattericellene overføres til litiumbatteripakken, noe som uunngåelig vil føre til tap av litiumbatteripakken's kapasitet, som igjen fører til en reduksjon i livet.
I prosessen med å bruke det sammensatte litiumbatteriet, vil inkonsekvensen av monomerene også vises på grunn av graden av selvutladning og temperaturen til delene. Inkonsistensen til litiumbatterimonomerene påvirker ladingen og utladingen av litiumbatteripakken. karakteristisk. Studier har vist at en forskjell på 20 % i kapasiteten til litiumbattericeller vil gi omtrent 40 % av kapasitetstapet til litiumbatteripakker.
Betydningen med litiumbatteribalanse er å bruke strømelektronisk teknologi for å holde spenningsavviket til litiumion-litiumbattericellen eller litiumbatteripakkens spenning innenfor det forventede området, for å sikre at hvert enkelt litiumbatteri opprettholdes ved normal bruk. Den samme tilstanden for å unngå forekomst av overlading og overutladning. Hvis balansekontrollen ikke utføres, ettersom lade- og utladingssyklusene øker, vil spenningen til hvert enkelt litiumbatteri gradvis differensiere, og levetiden reduseres kraftig.
Inkonsistensen til litiumbattericeller vil ytterligere forverres over tid under påvirkning av tilfeldige faktorer som temperatur. Under normale omstendigheter, når driftsmiljøtemperaturen til litiumbatteriet er 10°C høyere enn dens optimale temperatur, vil levetiden til litiumbatteriet halveres. På grunn av det store antallet kjøretøyslitiumbatterisystemer i serie, vanligvis mellom 88 og 100-serier, er deres kapasitet vanligvis 20 til 60kWh, og plasseringen av hver streng med litiumbatterier er forskjellig, noe som vil forårsake en temperaturforskjell.
Selv i samme batteriboks vil det være en temperaturforskjell på grunn av plasseringen og oppvarmingen av litiumbatteriet, og denne temperaturforskjellen vil ha en stor negativ innvirkning på levetiden til litiumbatteriet, noe som forårsaker litiumbatteriet. for å virke ubalansert, og cruiseområdet vil reduseres. , Syklusens levetid forkortes. Det er nettopp på grunn av disse problemene at kapasiteten til hele batterisystemet ikke kan utnyttes fullt ut, noe som forårsaker tap av batterisystem, og å redusere slike systemtap vil også i stor grad forlenge levetiden til batterisystemet.
Konsistensen mellom litiumbattericellene er den mest direkte og viktigste innflytelsen på litiumbatterikapasiteten, fordi litiumbatterikapasiteten er en parameter som ikke kan måles direkte på kort tid, men litiumbatteriets cellekapasitet er Det er en en-til-en samsvar mellom åpen kretsspenninger. Spenningen til en litiumbattericelle kan måles online i sanntid, noe som gjør den til en gunstig betingelse for å måle konsistensnivået til en litiumbattericelle. I styringsstrategien til batteristyringssystemet er det utladningsavslutningsbetingelser, ladeavslutningsbetingelser, etc., hvor spenningsverdien til litiumbattericellen brukes som triggertilstand.
For en parameter i denne posisjonen, begrenser den overdrevne forskjellen i spenningskonsistensen til litiumbattericellene direkte lade- og utladingseffekten til litiumbatteripakken. Basert på dette er bruk av litiumbatteriutjevningsmetoden for å løse problemet med for stor spenningsforskjell på litiumbatteripakken som allerede er i drift et effektivt tiltak for å øke kapasiteten til litiumbatteripakken og forlenge levetiden til litiumbatteriet.
For det andre, fordelene og ulempene ved passiv likevekt
I utjevningsstyringen av litiumbatteripakker er de nåværende metodene for spenningsutjevning av serieparallelle litiumbatteripakker delt inn i passiv utjevning og aktiv utjevning. Generelt er energiforbrukstypebalanse definert som passiv balanse. Passiv balanse bruker motstander for å forbruke energien til høyspente eller høyladede batterier for å oppnå formålet med å redusere gapet mellom forskjellige batterier. Det er en energikrevende type. balansert. For tiden er det mange batteristyringssystemer som bruker passiv balanse i markedet. Fordi passiv balanseteknologi brukes i litiumbatterimarkedet før aktiv balanse, er teknologien relativt moden, og den passive balansestrukturen er enklere og mer brukt.
Balansestyringen til litiumbatteripakker inkluderer spenningsbalanse, strømbalanse og temperaturbalanse. Blant dem er spenningsbalansen til litiumbatteripakker den mest grunnleggende, det vil si spenningsbalansen til litiumbattericeller i serielitiumbatteripakker. På samme måte refererer strømbalansen til balansen av strømmen til hver litiumbattericelle i litiumbatteripakken parallelt.
I litiumbatteripakker er grunnen til at ytelsen til litiumbattericeller forfaller for raskt at strømmen er inkonsekvent, og individuelle celler fungerer under overhastighetsforhold, noe som resulterer i overdreven ytelsesforringelse. Temperaturforskjellen til litiumbattericellene er forårsaket av inkonsekvent varmeutvikling og inkonsekvent varmespredning. For tiden løses temperaturbalansen til litiumbatteripakker generelt ved fysiske metoder som naturlig luftkjøling, tvungen luftkjøling og væskekjøling.
Fordi passiv utjevning bruker motstander til å forbruke energi, genereres varme, og utjevningsstrømmen er liten, noe som reduserer effektiviteten til hele systemet. Basert på kravene til termisk styring kan passiv utjevning kun utjevnes seksjon for seksjon. Litiumbatterier er svært følsomme for varme, og det er nødvendig å absolutt unngå økningen i ytre temperatur. Passiv utjevning vil føre til lokal oppvarming av litiumbatteripakken, og høy temperatur vil øke feilfrekvensen til komponentene. Av denne grunn, i lys av varmen som genereres av passiv likevekt, stilles det spesielle krav til sikkerhet og strukturell utforming av litiumbatterier.
3. Arbeidsprinsippet for passiv likevekt
Passiv utjevning utlader generelt litiumbatterier med høyere spenning gjennom motstandsutladning, og frigjør elektrisitet i form av varme, for å få mer ladetid for andre litiumbatterier. Under ladeprosessen har litiumbatteriet vanligvis en øvre grense for beskyttelsesspenning for lading. Hvis spenningen under lading overstiger denne verdien, som vanligvis er kjent som"overlading", kan litiumbatteriet brenne eller eksplodere.
Derfor har litiumbatteribeskyttelseskortet generelt en overladingsbeskyttelsesfunksjon for å forhindre at litiumbatteriet overlades. Det vil si at når en streng med litiumbatterier når denne spenningsverdien, vil beskyttelseskortet for litiumbatteriet kutte av ladekretsen og stoppe ladingen.
Ladeutjevning er i midt- og sene stadier av ladeprosessen for strømbatteriet, når strømbatteriets cellespenning når eller overskrider avskjæringsspenningen, begynner utjevningskretsen å arbeide for å redusere strømbatteriets cellestrøm, for å begrense strømbatteriets cellespenning må ikke være høyere enn ladegrensespenningen. Den eneste funksjonen til ladningsutjevning er å forhindre overlading, og det vil gi negative effekter under utladingsbruk. Når du bruker ladeutjevning, overlades ikke strømbattericellen med liten kapasitet, og mengden strøm som kan frigjøres er mindre enn kraften som kan frigjøres når equalizeren ikke brukes til lett overlading, noe som gjør at strømbattericellen utlades tid kortere og mulig overutladning Sex er enda større.
Det skjematiske diagrammet over kapasitetstapet til litiumbatteripakken under lading er vist i figur 1. I figur 1 blir terminalspenningen til 2# litiumbatteriet først ladet til den innstilte beskyttelsesspenningsverdien, som utløser beskyttelsesmekanismen av litiumbatteribeskyttelseskretsen og stopper litium Ladingen av strømbatteripakken fører direkte til at 1#, 3## og 4 litiumbatterier ikke kan lades helt opp. Den fulle ladekapasiteten til hele litiumbatteripakken er begrenset til 2# litiumbatteri, noe som fører til at litiumbatteripakken ikke blir fulladet. For å fullade litiumbatteripakken, må en utjevningsladekrets brukes under lading.
Under ladeprosessen til litiumbatteriet er hvert litiumbatteri utstyrt med en utjevningskrets som vist i figur 2 (hvert litiumbatteri er koblet til en parallell spenningsstabiliseringsutjevningskrets), og hvert litiumbatteri styres av utjevningskrets under lading. Spenningen til litiumbatteriet holder hver streng med litiumbatterier i samme tilstand, noe som sikrer ytelsen og levetiden til litiumbatteriet.
Hvis spenningen satt av utjevningskretsen for litiumbatteriet er 4,2V, når litiumbatteriet ikke når 4,2V, fungerer ikke parallellspenningsregulatorkretsen, hvert litiumbatteri fortsetter å lades, og ladestrømmen fortsetter å passere gjennom litiumbatteriet. Som vist i figur 3.
Når 2# litiumbatteriets terminalspenning når 4,2V, begynner utjevningskretsen å fungere, og den vil stabilisere spenningen til 4,2V, det vil si at ladestrømmen ikke lenger vil passere gjennom 2# litiumbatteriet, som vist i figur 4. På denne måten forlenges ladetiden til 1#, 3# og 4# litiumbatteriene tilsvarende, og øker dermed kraften til hele litiumbatteripakken. Imidlertid omdannes 100 % av den utladede kraften til litiumbatteri nr. 2 til varmeavgivelse, noe som forårsaker mye avfall (varmeavgivelsen til litiumbatteri nr. 2 er tap av systemet og sløsing med strøm ).
Arbeidsprinsippet til shuntregulatorkretsen vist i figur 2 er: TL431 er referansespenningen, og spenningen justeres til 4,2V ved å justere den variable motstanden. Hvis de to endene av litiumbatteriet er mindre enn 4,2V, absorberer ikke TL431 strøm, det vil si Ib=0 under, så Ic=0, transistoren er avskåret, og ladestrømmen går fortsatt gjennom litiumet strømbatteri. Hvis begge ender av litiumbatteriet når 4,2V, begynner TL431 å absorbere strøm, Ib>0, og ladestrømmen (dvs. Ic) går gjennom trioden og går ikke gjennom litiumbatteriet, dvs. , er ikke lenger litiumbatteriet ladet.
De tre diodene IN4001 som er koblet i serie i kretsen fungerer som en spenningsdeler, som kan redusere effekten som forsvinner på transistoren TIP42. Hvis disse tre diodene IN4001 ikke er tilkoblet, forsvinner effekten på transistoren TIP42: P=4,2V×ladestrøm, etter tilsetning av dioden IN4001, P=(4,2V-3×0,7V)×ladestrøm. Lysdioden helt til høyre har en indikasjonsfunksjon. Lyset er på, noe som indikerer at spenningen har nådd 4,2V, det vil si at batteriet som tilsvarer denne utjevningskretsen er fulladet.
For det fjerde, egenskapene til utjevning av ladekrets basert på shuntmotstand
Den enkleste balansekretsen er lastforbruksbalanse, det vil si at en motstand er koblet parallelt til hvert litiumbatteri, og en bryter er koblet i serie for kontroll. Når spenningen til et litiumbatteri er for høy, slås bryteren på og ladestrømmen shuntes gjennom motstanden. På denne måten har høyspenningslitiumstrømbatteriet liten ladestrøm, og lavspenningslitiumstrømbatteriet har stor ladestrøm. På denne måten kan spenningen til litiumbatteriet balanseres, men denne metoden kan bare brukes på litiumbatterier med liten kapasitet. Det er urealistisk for kapasiteten litiumbatteri.
Koble motstander parallelt i begge ender av litiumbattericellen for å la motstanden forbruke en del av energien til litiumbatteriet. Det er to former for parallell motstand. Den ene er en fast forbindelse. Motstanden er koblet parallelt i begge ender av litiumbatteriet i lang tid. Spenningen til litiumbattericellen Når den er høy, er strømmen gjennom motstanden stor og bruker mer strøm. Når spenningen til litiumbatteriet er lav, bruker motstanden mindre strøm. Gjennom den trykkfølsomme egenskapen til motstand oppnås spenningsbalansen til litiumbatteriterminalen. Dette er en teoretisk gjennomførbar metode og brukes sjelden i praksis.
Analyser nødvendigheten av litiumbatteriutjevning og egenskapene til passiv utjevningsladekrets
En annen måte å koble motstander parallelt på er å koble motstander parallelt i begge ender av cellen gjennom en brytersløyfe. Bryteren utløses av et signal fra styringssystemet. Når systemet bestemmer hvilken cellespenning eller SOC som er høy, kobler det sin parallelle motstand for å forbruke energien.
Prinsippet for balansert lading basert på shuntmotstand er vist i figur 5, det vil si at hver litiumbattericelle er koblet parallelt med en shuntmotstand. Fra kretsen vist i figur 5 kan man se at shuntstrømmen på motstanden må være mye større enn for litiumbatteriet. Selvutladningsstrømmen kan oppnå effekten av balansert lading. Vanligvis er selvutladingsstrømmen til et litiumbatteri omtrent C/20000, så C/200 er mer passende for strømmen som flyter gjennom shuntmotstanden. I tillegg er avviket til hver shuntmotstand også en viktig faktor som påvirker utjevningseffekten. Etter et visst antall lade- og utladingssykluser kan avviket til litiumbattericellen bestemmes av følgende formel:
Analyser nødvendigheten av litiumbatteriutjevning og egenskapene til passiv utjevningsladekrets
Hvor: VC er spenningsavviket til litiumbatteriet; R er shuntmotstanden; I er selvutladingsstrømmen til litiumbatteriet; VD er spenningen til litiumbattericellen; K er motstandsavviket.
Hvis shuntmotstanden er 20Ω±0,05%, kan spenningsavviket til litiumbatteriet kontrolleres innenfor området 50mV. Gjennomsnittlig effekt til hver motstand er 0,72W, men shuntmotstanden bruker alltid strøm uavhengig av ladeprosessen eller utladingsprosessen til litiumbatteriet.
Prinsippet for balansert lading basert på shuntmotstand med tillegg av en på-av-bryter er vist i figur 6. Forskjellen mellom på-av-shuntmotstand balansert lading og motstandsshunt balansert lading er tillegg av en på-av-bryter, som kan kontrolleres av kontrollsystemprogramvaren, kan også realiseres med enkle logiske kretser. Utjevningskretsen som tar i bruk denne kontrollmodusen fungerer bare i konstantspenningsladingsdelen av litiumbatterilading, og av/på-bryteren er alltid av til andre tider, slik at når litiumbatteripakken er utladet, vil ikke shuntmotstanden forbruke energi. Men den største ulempen med denne kretsen er at feilraten til på-av-bryteren er relativt høy, og det kreves redundante midler.
