ضرورت یکسان سازی باتری لیتیومی و ویژگی های مدار شارژ تساوی غیرفعال

ضرورت یکسان سازی باتری لیتیومی و ویژگی های مدار شارژ تساوی غیرفعال

1. تعریف شارژ همسان سازی و لزوم همسان سازی

1. تعریف شارژ یکسان کننده:

شارژ یکسان کننده به اختصار شارژ یکسان کننده گفته می شود که شارژ ویژگی های باتری یکسان کننده است. این به عدم تعادل ولتاژ در ترمینال باتری به دلیل تفاوت های فردی در باتری، تفاوت دما و دلایل دیگر در طول استفاده از باتری اشاره دارد. برای جلوگیری از بدتر شدن این روند عدم تعادل، لازم است ولتاژ شارژ بسته باتری را افزایش داده و باتری را به صورت متعادل شارژ کنید تا ویژگی های هر سلول باتری در بسته باتری متعادل شود و طول عمر طولانی شود. عمر مفید باتری

شارژ برابری در مراحل میانی و پایانی فرآیند شارژ باتری است. هنگامی که ولتاژ سلول باتری قدرت به ولتاژ قطع می رسد یا از آن فراتر می رود، مدار متعادل کننده شروع به کار می کند تا جریان سلول باتری قدرت را کاهش دهد تا ولتاژ سلول باتری قدرت بیشتر از ولتاژ قطع شارژ نباشد. تنها عملکرد یکسان سازی شارژ جلوگیری از شارژ بیش از حد است و در هنگام استفاده از دشارژ اثرات منفی به همراه خواهد داشت.

هنگام استفاده از شارژ اکولایزر، سلول باتری با ظرفیت کم بیش از حد شارژ نمی شود و میزان توانی که می تواند آزاد شود کمتر از توانی است که می تواند آزاد شود زمانی که از اکولایزر برای شارژ بیش از حد سبک استفاده نمی شود و باعث تخلیه سلول باتری قدرت می شود. زمان کوتاه تر و ترشح بیش از حد احتمالی رابطه جنسی حتی بیشتر است.

2. لزوم یکسان سازی شارژ:

با سطح و فناوری فعلی تولید باتری لیتیومی، در فرآیند تولید سلول‌های باتری لیتیومی، تفاوت‌های ظریفی بین هر سلول باتری لیتیومی وجود خواهد داشت که مشکل قوام است. این ناسازگاری عمدتاً در سلول باتری لیتیومی آشکار می شود. ظرفیت، مقاومت داخلی، میزان خود تخلیه، راندمان شارژ-دشارژ و غیره. ناهماهنگی سلول‌های باتری لیتیومی به بسته باتری لیتیومی منتقل می‌شود که به طور اجتناب‌ناپذیری باعث از بین رفتن بسته باتری لیتیومی می‌شود&ظرفیت #39؛ که به نوبه خود منجر به کاهش زندگی می شود.

در فرآیند استفاده از باتری لیتیومی مونتاژ شده، ناهماهنگی مونومرها نیز به دلیل میزان خود تخلیه و دمای قطعات ظاهر می شود. ناهماهنگی مونومرهای باتری لیتیومی بر شارژ و دشارژ بسته باتری لیتیومی تأثیر می گذارد. مشخصه. مطالعات نشان داده است که تفاوت 20 درصدی در ظرفیت سلول‌های باتری لیتیومی حدود 40 درصد از ظرفیت باتری‌های لیتیومی را از دست می‌دهد.

منظور از تعادل باتری لیتیومی استفاده از فناوری الکترونیکی قدرت برای حفظ انحراف ولتاژ سلول باتری لیتیوم یون لیتیوم یا ولتاژ بسته باتری لیتیومی در محدوده مورد انتظار است تا اطمینان حاصل شود که هر باتری لیتیومی منفرد حفظ می شود. در طول استفاده معمولی همان حالت برای جلوگیری از وقوع اضافه شارژ و تخلیه بیش از حد. اگر کنترل تعادل انجام نشود، با افزایش چرخه‌های شارژ و دشارژ، ولتاژ هر باتری لیتیومی به تدریج متفاوت می‌شود و عمر مفید بسیار کاهش می‌یابد.

ناسازگاری سلول‌های باتری لیتیومی با گذشت زمان تحت تأثیر عوامل تصادفی مانند دما بدتر می‌شود. در شرایط عادی، زمانی که دمای محیط کار باتری لیتیوم پاور 10 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای بهینه آن باشد، عمر باتری لیتیوم پاور به نصف کاهش می یابد. با توجه به تعداد زیاد سیستم های باتری لیتیومی خودرو به صورت سری، عموماً بین سری های 88 تا 100، ظرفیت آنها به طور کلی بین 20 تا 60 کیلووات ساعت است و محل قرارگیری هر رشته از باتری های لیتیومی پاور متفاوت است که باعث اختلاف دما خواهد شد.

حتی در همان جعبه باتری قدرت، به دلیل محل قرارگیری و گرم شدن باتری لیتیومی، اختلاف دما وجود خواهد داشت و این اختلاف دما تأثیر منفی زیادی بر طول عمر باتری لیتیومی خواهد داشت و باعث باتری لیتیومی می شود. نامتعادل به نظر می رسد و محدوده کروز کاهش می یابد. ، عمر چرخه کوتاه شده است. دقیقاً به دلیل این مشکلات است که نمی توان از ظرفیت کل سیستم باتری به طور کامل استفاده کرد و باعث تلفات سیستم باتری می شود و کاهش چنین تلفاتی نیز عمر مفید سیستم باتری را تا حد زیادی افزایش می دهد.

سازگاری بین سلول‌های باتری لیتیومی مستقیم‌ترین و مهم‌ترین تأثیر بر ظرفیت باتری لیتیومی است، زیرا ظرفیت باتری لیتیومی پارامتری است که نمی‌توان آن را مستقیماً در مدت زمان کوتاهی اندازه‌گیری کرد، اما ظرفیت سلول باتری لیتیومی بین ولتاژهای مدار باز مطابقت یک به یک وجود دارد. ولتاژ یک سلول باتری لیتیومی قدرت را می توان به صورت آنلاین در زمان واقعی اندازه گیری کرد، که آن را به شرایط مطلوبی برای اندازه گیری سطح قوام یک سلول باتری لیتیومی تبدیل می کند. در استراتژی مدیریت سیستم مدیریت باتری، شرایط پایان تخلیه، شرایط پایان شارژ و غیره وجود دارد که از مقدار ولتاژ سلول باتری لیتیومی به عنوان شرایط ماشه استفاده می شود.

برای پارامتری در این موقعیت، تفاوت بیش از حد در قوام ولتاژ سلول‌های باتری لیتیومی به طور مستقیم قدرت شارژ و دشارژ بسته باتری لیتیومی را محدود می‌کند. بر این اساس، استفاده از روش یکسان سازی باتری لیتیومی برای حل مشکل اختلاف ولتاژ بیش از حد بسته باتری لیتیومی پاور که در حال حاضر در حال کار است، اقدام موثری برای افزایش ظرفیت بسته باتری لیتیومی پاور و افزایش طول عمر باتری است. باتری لیتیومی

دوم، مزایا و معایب تعادل غیرفعال

در مدیریت یکسان سازی بسته های باتری لیتیومی، روش های فعلی برای یکسان سازی ولتاژ بسته های باتری لیتیومی پاور سری موازی به یکسان سازی غیرفعال و یکسان سازی فعال تقسیم می شوند. به طور کلی، تعادل نوع مصرف انرژی به عنوان تعادل غیرفعال تعریف می شود. تعادل غیرفعال از مقاومت ها برای مصرف انرژی باتری های با ولتاژ بالا یا شارژ بالا استفاده می کند تا به هدف کاهش فاصله بین باتری های مختلف دست یابد. یک نوع انرژی گیر است. متعادل در حال حاضر، سیستم های مدیریت باتری زیادی در بازار وجود دارد که تعادل غیرفعال را اتخاذ می کنند. از آنجا که فناوری تعادل غیرفعال در بازار باتری های لیتیومی قبل از تعادل فعال استفاده می شود، این فناوری نسبتاً بالغ است و ساختار تعادل غیرفعال ساده تر و گسترده تر است.

مدیریت تعادل بسته‌های باتری لیتیومی شامل تعادل ولتاژ، تعادل جریان و تعادل دما است. در میان آنها، تعادل ولتاژ بسته های باتری لیتیومی پاور اساسی ترین است، یعنی تعادل ولتاژ سلول های باتری لیتیومی در بسته های باتری لیتیومی پاور سری. به طور مشابه، تعادل جریان به تعادل جریان هر سلول باتری لیتیومی در بسته باتری لیتیومی به طور موازی اشاره دارد.

در بسته‌های باتری لیتیومی، دلیل اینکه عملکرد سلول‌های باتری لیتیومی قدرت خیلی سریع کاهش می‌یابد این است که جریان ناهماهنگ است و سلول‌های تکی در شرایط بیش از حد کار می‌کنند و در نتیجه عملکرد بیش از حد کاهش می‌یابد. اختلاف دمای سلول‌های باتری لیتیومی ناشی از تولید گرمای ناسازگار و اتلاف گرما ناسازگار است. در حال حاضر، تعادل دمای بسته های باتری لیتیومی به طور کلی با روش های فیزیکی مانند خنک کننده هوای طبیعی، خنک کننده هوای اجباری و خنک کننده مایع حل می شود.

از آنجایی که اکولیزاسیون غیرفعال از مقاومت ها برای مصرف انرژی استفاده می کند، گرما تولید می شود و جریان یکسان سازی کم است که باعث کاهش راندمان کل سیستم می شود. بر اساس الزامات مدیریت حرارتی، یکسان سازی غیرفعال را فقط می توان بخش به بخش یکسان کرد. باتری های لیتیومی به گرما بسیار حساس هستند و لازم است از افزایش دمای خارجی کاملاً جلوگیری شود. یکسان سازی غیرفعال باعث گرم شدن موضعی بسته باتری لیتیومی می شود و دمای بالا میزان خرابی قطعات را افزایش می دهد. به همین دلیل، با توجه به گرمای تولید شده توسط تعادل غیرفعال، الزامات ویژه ای برای طراحی ایمنی و ساختاری باتری های لیتیومی ارائه می شود.

3. اصل کار تعادل غیرفعال

یکسان سازی غیرفعال به طور کلی باتری های لیتیومی با ولتاژ بالاتر را از طریق تخلیه مقاومت تخلیه می کند و الکتریسیته را به صورت گرما آزاد می کند تا زمان شارژ بیشتری برای سایر باتری های لیتیومی به دست آورد. در طول فرآیند شارژ، باتری لیتیومی به طور کلی دارای مقدار ولتاژ حفاظتی حد بالایی شارژ است. اگر ولتاژ در حین شارژ از این مقدار که معمولاً به عنوان"overcharge" شناخته می شود، بیشتر شود، باتری لیتیومی ممکن است بسوزد یا منفجر شود.

بنابراین، برد محافظ باتری لیتیومی به طور کلی دارای عملکرد محافظت از شارژ بیش از حد برای جلوگیری از شارژ بیش از حد باتری لیتیومی است. یعنی وقتی رشته ای از باتری های لیتیومی به این مقدار ولتاژ برسد، برد محافظ باتری لیتیومی مدار شارژ را قطع کرده و شارژ را متوقف می کند.

یکسان سازی شارژ در مراحل میانی و پایانی فرآیند شارژ باتری قدرت است، زمانی که ولتاژ سلول باتری به ولتاژ قطع می رسد یا از آن فراتر می رود، مدار یکسان سازی شروع به کار می کند تا جریان باتری باتری را کاهش دهد تا محدود شود. ولتاژ سلول باتری قدرت بالاتر از ولتاژ قطع شارژ نباشد. تنها عملکرد یکسان سازی شارژ، جلوگیری از شارژ بیش از حد است و در هنگام استفاده از دشارژ اثرات منفی به همراه خواهد داشت. هنگام استفاده از یکسان سازی شارژ، سلول باتری با ظرفیت کم بیش از حد شارژ نمی شود و میزان توانی که می تواند آزاد شود کمتر از توانی است که می توان در صورت عدم استفاده از اکولایزر برای شارژ بیش از حد سبک آزاد کرد و باعث تخلیه باتری باتری می شود. زمان کوتاه تر و ترشح بیش از حد احتمالی رابطه جنسی حتی بیشتر است.

نمودار شماتیک کاهش ظرفیت بسته باتری لیتیومی در هنگام شارژ در شکل 1 نشان داده شده است. در شکل 1، ولتاژ ترمینال باتری لیتیومی 2# ابتدا به مقدار ولتاژ حفاظتی تنظیم شده شارژ می شود، که مکانیزم حفاظتی را فعال می کند. مدار محافظ باتری لیتیومی و لیتیوم را متوقف می کند شارژ بسته باتری قدرت مستقیماً باعث می شود که باتری های لیتیومی 1#، 3## و 4 قادر به شارژ کامل نباشند. ظرفیت شارژ کامل کل بسته باتری لیتیومی به باتری لیتیومی 2# محدود می شود و باعث می شود بسته باتری لیتیومی به طور کامل شارژ نشود. برای شارژ کامل بسته باتری لیتیومی، باید از مدار شارژ یکسان کننده هنگام شارژ استفاده کرد.

در طول فرآیند شارژ باتری لیتیومی، هر باتری لیتیومی مجهز به یک مدار اکولیزاسیون است که در شکل 2 نشان داده شده است (هر باتری برق لیتیومی با یک مدار تثبیت کننده ولتاژ موازی متصل است)، و هر باتری لیتیومی توسط باتری کنترل می شود. مدار یکسان سازی در حین شارژ ولتاژ باتری لیتیومی، هر رشته از باتری‌های لیتیومی را در همان حالت نگه می‌دارد و عملکرد و عمر باتری لیتیومی را تضمین می‌کند.

اگر ولتاژ تنظیم شده توسط مدار یکسان سازی باتری لیتیومی 4.2 ولت باشد، زمانی که باتری لیتیومی به 4.2 ولت نمی رسد، مدار تنظیم کننده ولتاژ موازی کار نمی کند، هر باتری لیتیومی به شارژ شدن ادامه می دهد و جریان شارژ همچنان ادامه می یابد. از باتری لیتیومی عبور کنید. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است.

هنگامی که ولتاژ پایانه باتری لیتیوم 2# به 4.2 ولت رسید، مدار یکسان سازی شروع به کار می کند و ولتاژ را تا 4.2 ولت تثبیت می کند، یعنی جریان شارژ دیگر از باتری لیتیومی 2# عبور نمی کند، همانطور که نشان داده شده است. در شکل 4. به این ترتیب، زمان شارژ باتری های لیتیومی 1#، 3# و 4# به ترتیب افزایش می یابد و در نتیجه قدرت کل بسته باتری لیتیومی افزایش می یابد. با این حال، 100٪ از توان تخلیه شده باتری لیتیوم شماره 2 به گرما تبدیل می شود و باعث اتلاف زیادی می شود (اتلاف حرارت باتری لیتیومی شماره 2 از بین رفتن سیستم و اتلاف نیرو است. ).

اصل کار مدار رگولاتور شنت نشان داده شده در شکل 2 این است: TL431 ولتاژ مرجع است و ولتاژ با تنظیم مقاومت متغیر به 4.2 ولت تنظیم می شود. اگر دو سر باتری لیتیومی کمتر از 4.2 ولت باشد، TL431 جریان را جذب نمی کند، یعنی Ib=0 پایین است، بنابراین Ic=0، ترانزیستور قطع می شود و جریان شارژ همچنان از لیتیوم عبور می کند. باتری قدرت اگر هر دو انتهای باتری لیتیومی به 4.2 ولت برسد، TL431 شروع به جذب جریان می کند، Ib>0، و جریان شارژ (یعنی Ic) از طریق ترایود می گذرد و از باتری لیتیومی عبور نمی کند. ، باتری لیتیومی دیگر شارژ نمی شود.

سه دیود IN4001 که به صورت سری در مدار متصل شده اند به عنوان یک تقسیم کننده ولتاژ عمل می کنند که می تواند توان تلف شده در ترانزیستور TIP42 را کاهش دهد. اگر این سه دیود IN4001 متصل نباشند، توان تلف شده در ترانزیستور TIP42: P=4.2V×جریان شارژ، پس از افزودن دیود IN4001، P=(4.2V-3×0.7V)×جریان شارژ. دیود ساطع کننده نور در سمت راست دارای یک عملکرد نشانگر است. چراغ روشن است که نشان می دهد ولتاژ به 4.2 ولت رسیده است، یعنی باتری مربوط به این مدار یکسان سازی کاملاً شارژ شده است.

چهارم، ویژگی های مدار شارژ یکسان کننده بر اساس مقاومت شنت

ساده ترین مدار تعادل، تعادل مصرف بار است، یعنی یک مقاومت به صورت موازی به هر باتری لیتیومی و یک سوئیچ به صورت سری برای کنترل متصل می شود. وقتی ولتاژ باتری لیتیومی خیلی زیاد است، سوئیچ روشن می شود و جریان شارژ از طریق مقاومت عبور می کند. به این ترتیب باتری لیتیومی ولتاژ بالا جریان شارژ کمی دارد و باتری لیتیومی ولتاژ پایین دارای جریان شارژ زیادی است. به این ترتیب می توان ولتاژ باتری لیتیومی پاور را متعادل کرد، اما این روش را فقط می توان برای باتری های لیتیومی با ظرفیت کم اعمال کرد. برای ظرفیت باتری لیتیومی غیر واقعی است.

مقاومت ها را به صورت موازی در دو سر سلول باتری لیتیومی وصل کنید تا مقاومت بتواند بخشی از انرژی باتری لیتیومی را مصرف کند. دو شکل مقاومت موازی وجود دارد. یکی اتصال ثابت است. مقاومت به طور موازی در دو سر باتری لیتیومی برای مدت طولانی متصل است. ولتاژ سلول باتری لیتیومی وقتی زیاد است، جریان عبوری از مقاومت زیاد است و انرژی بیشتری مصرف می کند. هنگامی که ولتاژ باتری لیتیومی کم است، مقاومت انرژی کمتری مصرف می کند. از طریق ویژگی حساس به فشار مقاومت، تعادل ولتاژ ترمینال باتری لیتیومی محقق می شود. این یک روش تئوری امکان پذیر است و به ندرت در عمل استفاده می شود.

ضرورت یکسان سازی باتری لیتیومی و ویژگی های مدار شارژ تساوی غیرفعال را تجزیه و تحلیل کنید

راه دیگر برای اتصال مقاومت ها به صورت موازی، اتصال مقاومت ها به صورت موازی در دو سر سلول از طریق یک حلقه سوئیچ است. سوئیچ توسط یک سیگنال از سیستم مدیریت راه اندازی می شود. هنگامی که سیستم تعیین می کند که کدام ولتاژ سلول یا SOC بالا است، مقاومت موازی خود را برای مصرف انرژی خود متصل می کند.

اصل شارژ متعادل بر اساس مقاومت شنت در شکل 5 نشان داده شده است، یعنی هر سلول باتری لیتیومی به طور موازی با یک مقاومت شنت متصل شده است. از مدار نشان داده شده در شکل 5، می توان دریافت که جریان شنت روی مقاومت باید بسیار بزرگتر از جریان برق باتری لیتیومی باشد. جریان خود تخلیه می تواند به اثر شارژ متعادل دست یابد. به طور کلی، جریان خود تخلیه باتری لیتیومی حدود C/20000 است، بنابراین C/200 برای جریان عبوری از مقاومت شنت مناسب تر است. علاوه بر این، انحراف هر مقاومت شنت نیز عامل مهمی است که بر اثر یکسان سازی تأثیر می گذارد. پس از تعداد مشخصی از چرخه های شارژ و دشارژ، انحراف سلول باتری لیتیومی را می توان با فرمول زیر تعیین کرد:

ضرورت یکسان سازی باتری لیتیومی و ویژگی های مدار شارژ تساوی غیرفعال را تجزیه و تحلیل کنید

کجا: VC انحراف ولتاژ باتری لیتیومی است. R مقاومت شانت است. I جریان خود تخلیه باتری لیتیومی است. VD ولتاژ سلول باتری لیتیومی است. K انحراف مقاومت است.

اگر مقاومت شنت 0.05±20Ω باشد، انحراف ولتاژ باتری لیتیومی را می توان در محدوده 50 میلی ولت کنترل کرد. میانگین توان هر مقاومت 0.72 وات است، اما مقاومت شنت بدون در نظر گرفتن فرآیند شارژ یا فرآیند تخلیه باتری لیتیومی همیشه انرژی مصرف می کند.

اصل شارژ متعادل بر اساس مقاومت شنت با اضافه کردن یک کلید روشن و خاموش در شکل 6 نشان داده شده است. را می توان توسط نرم افزار سیستم کنترل کنترل کرد، همچنین می تواند توسط مدارهای منطقی ساده قابل کنترل باشد. مدار یکسان سازی که این حالت کنترل را اتخاذ می کند فقط در قسمت شارژ ولتاژ ثابت شارژ باتری لیتیومی کار می کند و کلید روشن و خاموش همیشه در مواقع دیگر خاموش است، به طوری که وقتی بسته باتری لیتیومی تخلیه می شود، مقاومت شنت کار نمی کند. انرژی مصرف کند اما عیب اصلی این مدار این است که میزان خرابی کلید روشن و خاموش نسبتاً زیاد است و به وسایل اضافی نیاز است.