Nødvendigheden af lithium-batteriudligning og karakteristika for passiv udligningsopladningskredsløb
1. Definitionen af udligningsafgift og nødvendigheden af udligning
1. Definition af udligningsladning:
Udlignende opladning forkortes som udlignende opladning, som er opladningen af udlignende batterikarakteristika. Det henviser til spændingsubalancen ved batteriterminalen på grund af individuelle forskelle i batteriet, temperaturforskelle og andre årsager under brugen af batteriet. For at undgå forringelsen af denne ubalancetendens er det nødvendigt at øge batteripakkens ladespænding og oplade batteriet på en afbalanceret måde for at afbalancere egenskaberne for hver battericelle i batteripakken og forlænge batteriets levetid.
Udligningsopladning er i midterste og sene stadier af batteriopladningsprocessen. Når strømbatteriets cellespænding når eller overstiger afskæringsspændingen, begynder balanceringskredsløbet at arbejde for at reducere strømbatteriets cellestrøm for at begrænse strømbatteriets cellespænding til ikke at være højere end ladeafskæringsspændingen. Den eneste funktion ved at udligne opladning er at forhindre overopladning, og det vil medføre negative effekter under afladningsbrug.
Ved brug af udligningsopladning er battericellen med lille kapacitet ikke overopladet, og mængden af strøm, der kan frigives, er mindre end den strøm, der kan frigives, når equalizeren ikke bruges til let overopladning, hvilket gør, at battericellen aflades tid kortere og mulig overudladning Sex er endnu større.
2. Nødvendigheden af at udligne opladning:
Med det nuværende niveau og teknologi til fremstilling af lithiumbatterier vil der i produktionsprocessen af lithiumbattericeller være subtile forskelle mellem hver lithiumbattericelle, hvilket er konsistensproblemet. Inkonsekvensen manifesteres hovedsageligt i lithiumbattericellen. Kapacitet, intern modstand, selvafladningshastighed, opladnings-afladningseffektivitet osv. Inkonsistensen af lithiumbattericellerne overføres til lithiumbatteripakken, hvilket uundgåeligt vil medføre tab af lithiumbatteripakken's kapacitet, hvilket igen fører til et fald i livet.
I processen med at bruge det samlede lithium-batteri vil inkonsistensen af monomererne også vises på grund af graden af selvafladning og delenes temperatur. Inkonsistensen af lithium-batterimonomererne påvirker opladningen og afladningen af lithium-batteripakken. egenskab. Undersøgelser har vist, at en 20% forskel i kapaciteten af lithium battericeller vil medføre omkring 40% af kapacitetstabet af lithium batteripakker.
Betydningen af lithium-batteribalance er at bruge strømelektronisk teknologi til at holde spændingsafvigelsen af lithium-ion-lithium-battericellen eller lithium-batteripakkens spænding inden for det forventede område for at sikre, at hvert enkelt lithium-batteri opretholdes under normal brug. Den samme tilstand for at undgå forekomsten af overopladning og overudladning. Hvis balancekontrollen ikke udføres, efterhånden som opladnings- og afladningscyklussen stiger, vil spændingen af hvert enkelt lithiumbatteri gradvist differentiere, og levetiden vil blive stærkt reduceret.
Inkonsistensen af lithium-battericeller vil yderligere forringes over tid under påvirkning af tilfældige faktorer såsom temperatur. Under normale omstændigheder, når driftsmiljøtemperaturen for lithiumbatteriet er 10°C højere end dens optimale temperatur, vil levetiden for lithiumbatteriet blive halveret. På grund af det store antal lithiumbatterisystemer til køretøjer i serie, generelt mellem 88 og 100 serier, er deres kapacitet generelt 20 til 60 kWh, og placeringen af hver streng af lithiumbatterier er forskellig, hvilket vil forårsage en temperaturforskel.
Selv i den samme strømbatteriboks vil der være en temperaturforskel på grund af placeringen og opvarmningen af lithiumbatteriet, og denne temperaturforskel vil have en stor negativ indvirkning på lithiumbatteriets levetid, hvilket forårsager lithiumbatteriet for at virke ubalanceret, og cruise-området vil falde. , Cykluslevetiden forkortes. Det er netop på grund af disse problemer, at kapaciteten af hele batterisystemet ikke kan udnyttes fuldt ud, hvilket forårsager tab af batterisystem, og afbødning af sådanne systemtab vil også i høj grad forlænge batterisystemets levetid.
Konsistensen mellem lithium-battericellerne er den mest direkte og vigtigste indflydelse på lithium-batteriets kapacitet, fordi lithium-batteriets kapacitet er en parameter, der ikke kan måles direkte på kort tid, men lithium-batteriets cellekapacitet er Der er en en-til-en overensstemmelse mellem tomgangsspændinger. Spændingen i en lithium battericelle kan måles online i realtid, hvilket gør den til en gunstig betingelse for at måle konsistensniveauet af en lithium power battericelle. I batteristyringssystemets styringsstrategi er der afladningstermineringsbetingelser, opladningstermineringsbetingelser osv., hvor spændingsværdien af lithiumstrømbattericellen bruges som triggertilstand.
For en parameter i denne position begrænser den for store forskel i spændingskonsistensen af lithiumbattericellerne direkte opladnings- og afladningseffekten af lithiumbatteripakken. Baseret på dette er brugen af lithiumbatteriudligningsmetoden til at løse problemet med for stor spændingsforskel i lithiumbatteripakken, der allerede er i drift, en effektiv foranstaltning til at øge kapaciteten af lithiumbatteripakken og forlænge levetiden af lithiumbatteripakken. lithium-batteriet.
For det andet fordele og ulemper ved passiv ligevægt
I udligningsstyringen af lithium batteripakker er de nuværende metoder til spændingsudligning af serieparallelle lithium power batteripakker opdelt i passiv udligning og aktiv udligning. Generelt defineres energiforbrugstypebalance som passiv balance. Passiv balance bruger modstande til at forbruge energien fra højspændings- eller højopladningsbatterier for at opnå formålet med at reducere afstanden mellem forskellige batterier. Det er en energikrævende type. afbalanceret. På nuværende tidspunkt er der mange batteristyringssystemer, der vedtager passiv balance på markedet. Fordi passiv balanceteknologi anvendes på lithiumbatterimarkedet før aktiv balance, er teknologien relativt moden, og den passive balancestruktur er enklere og mere udbredt.
Balancestyringen af lithium-batteripakker omfatter spændingsbalance, strømbalance og temperaturbalance. Blandt dem er spændingsbalancen for lithium-batteripakker den mest grundlæggende, det vil sige spændingsbalancen for lithium-battericeller i serie-lithium-batteripakker. På samme måde refererer strømbalancen til balancen af strømmen for hver lithiumbattericelle i lithiumbatteripakken parallelt.
I lithium-batteripakker er grunden til, at ydeevnen af lithium-battericeller falder for hurtigt, at strømmen er inkonsekvent, og individuelle celler arbejder under overdrevne forhold, hvilket resulterer i overdreven ydeevneforringelse. Temperaturforskellen mellem lithiumbattericellerne er forårsaget af inkonsekvent varmeudvikling og inkonsekvent varmeafledning. På nuværende tidspunkt løses temperaturbalancen for lithiumbatteripakker generelt ved fysiske metoder som naturlig luftkøling, tvungen luftkøling og væskekøling.
Fordi passiv udligning bruger modstande til at forbruge energi, genereres varme, og udligningsstrømmen er lille, hvilket reducerer effektiviteten af hele systemet. Ud fra kravene til termisk styring kan passiv udligning kun udlignes sektion for sektion. Lithium batterier er meget følsomme over for varme, og det er nødvendigt absolut at undgå stigningen i den eksterne temperatur. Passiv udligning vil forårsage lokal opvarmning af lithiumbatteripakken, og høj temperatur vil øge fejlfrekvensen for komponenter. Af denne grund stilles der i lyset af den varme, der genereres af passiv ligevægt, særlige krav til sikkerheden og det strukturelle design af lithiumbatterier.
3. Funktionsprincippet for passiv ligevægt
Passiv udligning aflader generelt lithiumbatterier med højere spænding gennem modstandsafladning og frigiver elektricitet i form af varme, for at få mere opladningstid for andre lithiumbatterier. Under opladningsprocessen har lithiumbatteriet generelt en øvre grænse for beskyttelsesspænding for opladning. Hvis spændingen under opladning overstiger denne værdi, som almindeligvis er kendt som"overopladning", kan lithiumbatteriet brænde eller eksplodere.
Derfor har lithiumbatteribeskyttelseskortet generelt en overopladningsbeskyttelsesfunktion for at forhindre, at lithiumbatteriet overoplades. Det vil sige, at når en streng af lithium-batterier når denne spændingsværdi, vil lithium-batteribeskyttelseskortet afbryde opladningskredsløbet og stoppe opladningen.
Ladeudligning er i de midterste og sene stadier af batteriopladningsprocessen, når battericellespændingen når eller overstiger afskæringsspændingen, begynder udligningskredsløbet at arbejde for at reducere strømbatteriets cellestrøm for at begrænse battericellespændingen må ikke være højere end ladningsafskæringsspændingen. Den eneste funktion af ladningsudligning er at forhindre overopladning, og det vil medføre negative effekter under afladningsbrug. Når der bruges ladningsudligning, overoplades battericellen med lille kapacitet ikke, og mængden af strøm, der kan frigives, er mindre end den strøm, der kan frigives, når equalizeren ikke bruges til let overopladning, hvilket gør, at battericellen aflades tid kortere og mulig overudladning Sex er endnu større.
Det skematiske diagram over kapacitetstabet af lithium batteripakken under opladning er vist i figur 1. I figur 1 oplades terminalspændingen på 2# lithium batteripakken først til den indstillede beskyttelsesspændingsværdi, som udløser beskyttelsesmekanismen af lithiumbatteriets beskyttelseskredsløb og stopper lithium Opladningen af strømbatteripakken bevirker direkte, at 1#, 3## og 4 lithiumbatterier ikke er i stand til at blive fuldt opladet. Den fulde opladningskapacitet for hele lithiumbatteripakken er begrænset til 2# lithiumbatteripakken, hvilket medfører, at lithiumbatteripakken ikke bliver fuldt opladet. For at oplade lithium-batteripakken fuldt ud, skal der anvendes et udlignende ladekredsløb under opladning.
Under opladningsprocessen af lithiumbatteriet er hvert lithiumbatteri udstyret med et udligningskredsløb som vist i figur 2 (hvert lithiumbatteri er forbundet med et parallelt spændingsstabiliseringsudligningskredsløb), og hvert lithiumbatteri styres af udligningskredsløb under opladning. Spændingen på lithiumbatteriet holder hver streng af lithiumbatterier i samme tilstand, hvilket sikrer ydelsen og levetiden for lithiumbatteriet.
Hvis spændingen indstillet af lithiumbatteriudligningskredsløbet er 4,2V, når lithiumbatteriet ikke når 4,2V, virker parallelspændingsregulatorkredsløbet ikke, hvert lithiumbatteri fortsætter med at blive opladet, og ladestrømmen fortsætter med at passere gennem lithiumbatteriet. Som vist i figur 3.
Når 2# lithium batteriterminalspændingen når 4,2V, begynder udligningskredsløbet at arbejde, og det vil stabilisere spændingen til 4,2V, det vil sige, at ladestrømmen ikke længere passerer gennem 2# lithiumbatteriet, som vist i figur 4. På denne måde forlænges opladningstiden for 1#, 3# og 4# lithium batterierne tilsvarende, hvorved effekten af hele lithium power batteripakken øges. Imidlertid omdannes 100 % af den afladede strøm fra lithiumbatteri nr. 2 til varmeafgivelse, hvilket forårsager en masse spild (varmeafgivelsen af lithiumbatteri nr. 2 er et tab af systemet og spild af strøm ).
Arbejdsprincippet for shuntregulatorkredsløbet vist i figur 2 er: TL431 er referencespændingen, og spændingen justeres til 4,2V ved at justere den variable modstand. Hvis de to ender af lithiumbatteriet er mindre end 4,2V, absorberer TL431 ikke strøm, det vil sige Ib=0 under, så Ic=0, transistoren afbrydes, og ladestrømmen passerer stadig gennem lithiumet strøm batteri. Hvis begge ender af lithiumbatteriet når 4,2V, begynder TL431 at absorbere strøm, Ib>0, og ladestrømmen (dvs. Ic) passerer gennem trioden og passerer ikke gennem lithiumbatteriet, dvs. , er lithiumbatteriet ikke længere opladet.
De tre dioder IN4001, der er forbundet i serie i kredsløbet, fungerer som en spændingsdeler, som kan reducere den effekt, der afgives på transistoren TIP42. Hvis disse tre dioder IN4001 ikke er tilsluttet, spredes effekten på transistoren TIP42: P=4,2V×ladestrøm, efter tilføjelse af dioden IN4001, P=(4,2V-3×0,7V)×ladestrøm. Lysdioden yderst til højre har en indikationsfunktion. Lyset er tændt, hvilket indikerer, at spændingen har nået 4,2V, det vil sige, at batteriet svarende til dette udligningskredsløb er fuldt opladet.
For det fjerde, egenskaberne ved udligning af ladekredsløb baseret på shuntmodstand
Det enkleste balancekredsløb er belastningsforbrugsbalance, det vil sige, at en modstand er forbundet parallelt med hvert lithium-batteri, og en switch er forbundet i serie til kontrol. Når spændingen på et lithiumbatteri er for høj, tændes kontakten, og ladestrømmen shuntes gennem modstanden. På denne måde har højspændingslithiumbatteriet en lille ladestrøm, og lavspændingslithiumbatteriet har en stor ladestrøm. På denne måde kan spændingen på lithiumbatteriet afbalanceres, men denne metode kan kun anvendes på lithiumbatterier med lille kapacitet. Det er urealistisk for kapaciteten lithium batteri.
Forbind modstande parallelt i begge ender af lithiumbattericellen for at tillade modstanden at forbruge en del af energien fra lithiumbatteriet. Der er to former for parallel modstand. Den ene er en fast forbindelse. Modstanden er forbundet parallelt i begge ender af lithiumbatteriet i lang tid. Spændingen i lithium-battericellen Når den er høj, er strømmen gennem modstanden stor og bruger mere strøm. Når spændingen på lithiumbatteriet er lav, bruger modstanden mindre strøm. Gennem den trykfølsomme egenskab af modstand realiseres spændingsbalancen for lithium-batteriterminalen. Dette er en teoretisk gennemførlig metode og bruges sjældent i praksis.
Analyser nødvendigheden af lithium-batteriudligning og egenskaberne ved passivt udligningsopladningskredsløb
En anden måde at forbinde modstande parallelt på er at forbinde modstande parallelt i begge ender af cellen gennem en switch loop. Omskifteren udløses af et signal fra ledelsessystemet. Når systemet bestemmer, hvilken cellespænding eller SOC der er høj, forbinder det sin parallelle modstand for at forbruge sin energi.
Princippet for balanceret opladning baseret på shuntmodstand er vist i figur 5, det vil sige, at hver lithiumbattericelle er forbundet parallelt med en shuntmodstand. Fra kredsløbet vist i figur 5 kan det ses, at shuntstrømmen på modstanden skal være meget større end lithiumstrømbatteriet. Selvafladningsstrømmen kan opnå effekten af balanceret opladning. Generelt er selvafladningsstrømmen for et lithiumbatteri omkring C/20000, så C/200 er mere passende til den strøm, der strømmer gennem shuntmodstanden. Derudover er afvigelsen af hver shuntmodstand også en vigtig faktor, der påvirker udligningseffekten. Efter et vist antal opladnings- og afladningscyklusser kan afvigelsen af lithiumbattericellen bestemmes af følgende formel:
Analyser nødvendigheden af lithium-batteriudligning og egenskaberne ved passivt udligningsopladningskredsløb
Hvor: VC er spændingsafvigelsen for lithiumbatteriet; R er shuntmodstanden; I er selvafladningsstrømmen af lithiumbatteriet; VD er spændingen af lithium-battericellen; K er modstandsafvigelsen.
Hvis shuntmodstanden er 20Ω±0,05%, kan spændingsafvigelsen for lithiumbatteriet kontrolleres inden for området 50mV. Den gennemsnitlige effekt af hver modstand er 0,72W, men shuntmodstanden bruger altid strøm uanset opladningsprocessen eller afladningsprocessen for lithiumbatteriet.
Princippet for balanceret opladning baseret på shuntmodstand med tilføjelse af en tænd-sluk-kontakt er vist i figur 6. Forskellen mellem on-off shuntmodstand balanceret opladning og modstandsshunt balanceret opladning er tilføjelsen af en on-off kontakt, som kan styres af kontrolsystemsoftwaren, Kan også realiseres ved hjælp af simple logiske kredsløb. Udligningskredsløbet, der anvender denne kontroltilstand, fungerer kun i konstantspændingsopladningsdelen af lithiumbatteriopladning, og tænd-sluk-kontakten er altid slukket på andre tidspunkter, så når lithiumbatteripakken er afladet, vil shuntmodstanden ikke forbruge energi. Men den største ulempe ved dette kredsløb er, at fejlraten for tænd-sluk-kontakten er relativt høj, og der kræves redundante midler.
