נחיצות השוויון של סוללת ליתיום ומאפיינים של מעגל טעינת שיוויון פסיבי

נחיצות השוויון של סוללת ליתיום ומאפיינים של מעגל טעינת שיוויון פסיבי

1. הגדרת חיוב ההשוואה וההכרח בהשוואה

1. הגדרה של מטען השוואה:

הטעינה השוויונית מקוצרת כטעינה השוואתית, שהיא טעינה של מאפייני הסוללה המשווים. זה מתייחס לחוסר איזון המתח במסוף הסוללה עקב הבדלים אינדיבידואליים בסוללה, הפרשי טמפרטורה וסיבות אחרות במהלך השימוש בסוללה. על מנת להימנע מהידרדרות מגמת חוסר איזון זו, יש צורך להגביר את מתח הטעינה של ערכת הסוללות, ולהטעין את הסוללה בצורה מאוזנת, על מנת לאזן את המאפיינים של כל תא סוללה בחבילת הסוללות ולהאריך את חיי השירות של הסוללה.

טעינת השוויון נמצאת בשלבים האמצעיים והמאוחרים של תהליך טעינת סוללת החשמל. כאשר מתח תא סוללת החשמל מגיע או עולה על מתח הניתוק, מעגל האיזון מתחיל לפעול להפחתת זרם תא סוללת החשמל על מנת להגביל את מתח תא סוללת החשמל שלא יהיה גבוה ממתח הניתוק הטעינה. הפונקציה היחידה של השוואת הטעינה היא למנוע טעינת יתר, והיא תביא להשפעות שליליות במהלך השימוש בפריקה.

בעת שימוש בטעינת אקולייזר, תא סוללת החשמל בעל הקיבולת הקטנה אינו נטען יתר על המידה, וכמות הכוח שניתן לשחרר קטנה מהכוח שניתן לשחרר כאשר האקולייזר אינו משמש לטעינת יתר קלה, מה שגורם לתא סוללת הכוח להתרוקן זמן קצר יותר ואפשרות הפרשת יתר סקס גדול עוד יותר.

2. צורך בהשוואת טעינה:

עם הרמה והטכנולוגיה הנוכחית של ייצור סוללות ליתיום, בתהליך הייצור של תאי סוללת ליתיום, יהיו הבדלים עדינים בין כל תא סוללת ליתיום, וזו בעיית העקביות. חוסר העקביות מתבטא בעיקר בתא סוללת הליתיום. קיבולת, התנגדות פנימית, קצב פריקה עצמית, יעילות טעינה-פריקה וכו'. חוסר העקביות של תאי סוללת הליתיום מועבר אל ערכת סוללת הליתיום, מה שיגרום בהכרח לאובדן חבילת סוללת הליתיום&היכולת של #39, שבתורה מובילה לירידה בחיים.

בתהליך השימוש בסוללת הליתיום המורכבת תופיע גם חוסר העקביות של המונומרים עקב מידת הפריקה העצמית וטמפרטורת החלקים. חוסר העקביות של מונומרים של סוללת הליתיום משפיעה על הטעינה והפריקה של ערכת סוללות הליתיום. מאפיין. מחקרים הראו כי הבדל של 20% בקיבולת של תאי סוללת ליתיום יביא לכ-40% מאובדן הקיבולת של ערכות סוללות ליתיום.

המשמעות של איזון סוללת ליתיום היא להשתמש בטכנולוגיית חשמל כדי לשמור על סטיית המתח של תא סוללת ליתיום ליתיום או מתח סוללת הליתיום בטווח הצפוי, כדי להבטיח שכל סוללת ליתיום יחידה תישמר במהלך שימוש רגיל. אותו מצב כדי למנוע התרחשות של טעינת יתר ופריקת יתר. אם בקרת האיזון לא תתבצע, ככל שמחזורי הטעינה והפריקה גדלים, המתח של כל סוללת ליתיום בודדת יתבדיל בהדרגה, וחיי השירות יצטמצמו מאוד.

חוסר העקביות של תאי סוללת ליתיום יתדרדר עוד יותר עם הזמן בהשפעת גורמים אקראיים כמו טמפרטורה. בנסיבות רגילות, כאשר טמפרטורת סביבת ההפעלה של סוללת הליתיום גבוהה ב-10 מעלות צלזיוס מהטמפרטורה האופטימלית שלה, אורך החיים של סוללת הליתיום יקטן בחצי. בשל המספר הגדול של מערכות סוללות ליתיום חשמליות לרכב בסדרות, בדרך כלל בין 88 ל-100 סדרות, הקיבולת שלהן היא בדרך כלל 20 עד 60kWh, והמיקום של כל מחרוזת סוללות ליתיום שונה, מה שיגרום להפרש טמפרטורה.

אפילו באותה תיבת סוללת חשמל, יהיה הבדל טמפרטורה עקב המיקום והחימום של סוללת הליתיום, ולהפרש טמפרטורה זה תהיה השפעה שלילית גדולה על חיי סוללת הליתיום, מה שיגרום לסוללת הליתיום. להיראות לא מאוזן, וטווח השיוט יקטן. , חיי המחזור מתקצרים. בדיוק בגלל הבעיות הללו לא ניתן לנצל את הקיבולת של מערכת המצברים כולה, מה שגורם לאובדן מערכת המצבר, והפחתת הפסדי מערכת כאלה גם יאריכו מאוד את חיי השירות של מערכת המצברים.

העקביות בין תאי סוללת הליתיום היא ההשפעה הישירה והחשובה ביותר על קיבולת סוללת הליתיום, מכיוון שקיבולת סוללת הליתיום היא פרמטר שלא ניתן למדוד ישירות בזמן קצר, אך קיבולת תא סוללת הליתיום היא יש התאמה של אחד לאחד בין מתחי מעגל פתוח. ניתן למדוד את המתח של תא סוללת ליתיום באינטרנט בזמן אמת, מה שהופך אותו לתנאי נוח למדידת רמת העקביות של תא סוללת ליתיום. באסטרטגיית הניהול של מערכת ניהול הסוללה, ישנם תנאי סיום פריקה, תנאי סיום טעינה וכו', כאשר ערך המתח של תא סוללת כוח הליתיום משמש כתנאי ההדק.

עבור פרמטר במצב זה, ההבדל המופרז בעקביות המתח של תאי סוללת הליתיום מגביל ישירות את כוח הטעינה והפריקה של ערכת סוללת הליתיום. בהתבסס על כך, שימוש בשיטת השוואת סוללת ליתיום כדי לפתור את הבעיה של הפרש מתחים מופרז של ערכת סוללות הליתיום שכבר בפעולה הוא אמצעי יעיל להגדלת הקיבולת של ערכת סוללת הליתיום ולהארכת חיי השירות של סוללת הליתיום.

שנית, היתרונות והחסרונות של שיווי משקל פסיבי

בניהול ההשוואה של ערכות סוללות ליתיום, השיטות הנוכחיות להשוואת מתח של ערכות סוללות ליתיום מקבילות לסדרה מחולקות להשוואה פסיבית והשוואה אקטיבית. באופן כללי, איזון סוג צריכת אנרגיה מוגדר כאיזון פסיבי. איזון פסיבי משתמש בנגדים כדי לצרוך את האנרגיה של סוללות במתח גבוה או בטעינה גבוהה כדי להשיג את המטרה של צמצום הפער בין סוללות שונות. זה סוג שצורך אנרגיה. מְאוּזָן. כיום קיימות מערכות ניהול סוללות רבות המאמצות איזון פסיבי בשוק. מכיוון שטכנולוגיית איזון פסיבי מיושמת בשוק סוללות הליתיום לפני איזון אקטיבי, הטכנולוגיה בוגרת יחסית, ומבנה האיזון הפסיבי פשוט יותר ושימוש נרחב יותר.

ניהול האיזון של חבילות סוללות ליתיום כולל איזון מתח, איזון זרם ואיזון טמפרטורה. ביניהם, מאזן המתח של חבילות סוללות ליתיום הוא הבסיסי ביותר, כלומר מאזן המתח של תאי סוללת ליתיום במארזי סוללות ליתיום סדרות. באופן דומה, איזון זרם מתייחס לאיזון הזרם של כל תא סוללת ליתיום בחבילת סוללת הליתיום במקביל.

בחבילות סוללות ליתיום, הסיבה לכך שהביצועים של תאי סוללת ליתיום מתפוגגים מהר מדי היא שהזרם אינו עקבי, ותאים בודדים עובדים בתנאים מוגזמים, וכתוצאה מכך ירידה מופרזת בביצועים. הפרש הטמפרטורה של תאי סוללת הליתיום נגרם כתוצאה מיצירת חום לא עקבית ופיזור חום לא עקבי. נכון לעכשיו, מאזן הטמפרטורה של חבילות סוללות ליתיום נפתר בדרך כלל על ידי שיטות פיזיות כגון קירור אוויר טבעי, קירור אוויר מאולץ וקירור נוזלי.

מכיוון שהשוויון פסיבי משתמש בנגדים כדי לצרוך אנרגיה, נוצר חום וזרם ההשוואה קטן, מה שמפחית את היעילות של המערכת כולה. בהתבסס על הדרישות של ניהול תרמי, ניתן להשוות איזון פסיבי רק סעיף אחר סעיף. סוללות ליתיום רגישות מאוד לחום, ויש צורך להימנע לחלוטין מהעלייה בטמפרטורה החיצונית. שוויון פסיבי יגרום לחימום מקומי של ערכת סוללות הליתיום, וטמפרטורה גבוהה תגביר את שיעור הכשל ברכיבים. מסיבה זו, לאור החום שנוצר משיווי משקל פסיבי, מוצעות דרישות מיוחדות לבטיחות ולתכנון המבני של סוללות ליתיום.

3. עקרון העבודה של שיווי משקל פסיבי

שוויון פסיבי פורק בדרך כלל סוללות ליתיום במתח גבוה יותר באמצעות פריקת התנגדות, ומשחרר חשמל בצורה של חום, כדי להשיג יותר זמן טעינה עבור סוללות ליתיום אחרות. במהלך תהליך הטעינה, לסוללת הליתיום יש בדרך כלל ערך מתח הגנה על גבול הטעינה העליון. אם המתח במהלך הטעינה חורג מהערך הזה, הידוע בכינויו"טעינת יתר", סוללת הליתיום עלולה להישרף או להתפוצץ.

לכן, ללוח ההגנה על סוללת הליתיום יש בדרך כלל פונקציית הגנה מפני טעינת יתר כדי למנוע טעינת יתר של סוללת הליתיום. כלומר, כאשר מחרוזת סוללות ליתיום מגיעה לערך מתח זה, לוח ההגנה על סוללת הליתיום ינתק את מעגל הטעינה ויפסיק את הטעינה.

השוואת הטעינה נמצאת בשלבים האמצעיים והמאוחרים של תהליך טעינת סוללת החשמל, כאשר מתח תא סוללת החשמל מגיע או עולה על מתח הניתוק, מעגל ההשוואה מתחיל לפעול להפחתת זרם תא הסוללה, על מנת להגביל את מתח תא הסוללה לא יהיה גבוה ממתח ניתוק הטעינה. הפונקציה היחידה של השוואת המטען היא למנוע טעינת יתר, והיא תביא להשפעות שליליות במהלך השימוש בפריקה. בעת שימוש בהשוואת טעינה, תא סוללת החשמל בעל הקיבולת הקטנה אינו נטען יתר על המידה, וכמות הכוח שניתן לשחרר קטנה מהכוח שניתן לשחרר כאשר האקולייזר אינו משמש לטעינת יתר קלה, מה שגורם לתא סוללת הכוח להתרוקן זמן קצר יותר ואפשרות הפרשת יתר סקס גדול עוד יותר.

הדיאגרמה הסכמטית של אובדן הקיבולת של ערכת סוללות הליתיום במהלך הטעינה מוצגת באיור 1. באיור 1, המתח המסוף של סוללת הליתיום 2# נטען לראשונה לערך מתח ההגנה שנקבע, אשר מפעיל את מנגנון ההגנה של מעגל ההגנה על סוללת הליתיום ומפסיק את הליתיום הטעינה של ערכת סוללות החשמל גורמת ישירות לסוללות 1#, 3## ו-4 סוללות ליתיום שלא יהיו מסוגלות להיטען במלואן. קיבולת הטעינה המלאה של כל ערכת סוללות הליתיום מוגבלת לסוללת ליתיום 2#, מה שגורם לכך שסוללת הליתיום לא תיטען במלואה. על מנת לטעון במלואו את ערכת סוללות הליתיום, יש להשתמש במעגל טעינה משווה בעת הטעינה.

במהלך תהליך הטעינה של סוללת כוח הליתיום, כל סוללת כוח ליתיום מצוידת במעגל שוויון כפי שמוצג באיור 2 (כל סוללת כוח ליתיום מחוברת למעגל השוואת ייצוב מתח מקביל), וכל סוללת כוח ליתיום נשלטת על ידי מעגל שיוויון במהלך הטעינה. המתח של סוללת הליתיום שומר על כל מחרוזת סוללות ליתיום באותו מצב, מה שמבטיח את הביצועים ואת החיים של סוללת הליתיום.

אם המתח שנקבע על ידי מעגל השוואת סוללת הליתיום הוא 4.2V, כאשר סוללת הליתיום אינה מגיעה ל-4.2V, מעגל ווסת המתח המקביל אינו פועל, כל סוללת ליתיום ממשיכה להיטען, וזרם הטעינה ממשיך לעבור דרך סוללת הליתיום. כפי שמוצג באיור 3.

כאשר מתח סוללת הליתיום 2# מגיע ל-4.2V, מעגל ההשוואה מתחיל לעבוד, והוא ייצב את המתח ל-4.2V, כלומר, זרם הטעינה לא יעבור יותר דרך סוללת הליתיום 2#, כפי שמוצג. באיור 4. בדרך זו, זמן הטעינה של סוללות ליתיום 1#, 3# ו-4# מתארך בהתאם, ובכך מגדיל את ההספק של כל ערכת סוללות הליתיום. עם זאת, 100% מההספק הנפרק של סוללת הליתיום מספר 2 הופך לשחרור חום, מה שגורם לבזבוז רב (פיזור החום של סוללת הליתיום מספר 2 הוא אובדן המערכת ובזבוז כוח ).

עקרון העבודה של מעגל וסת ה-shunt המוצג באיור 2 הוא: TL431 הוא מתח הייחוס, והמתח מותאם ל-4.2V על ידי התאמת ההתנגדות המשתנה. אם שני הקצוות של סוללת הליתיום הם פחות מ-4.2V, ה-TL431 אינו סופג זרם, כלומר, Ib=0 מתחת, כך ש-Ic=0, הטרנזיסטור מנותק, וזרם הטעינה עדיין עובר דרך הליתיום סוללת כוח. אם שני הקצוות של סוללת הליתיום מגיעים ל-4.2V, TL431 מתחיל לספוג זרם, Ib>0, וזרם הטעינה (כלומר Ic) עובר דרך הטריודה ואינו עובר דרך סוללת הליתיום, כלומר , סוללת הליתיום אינה טעונה עוד.

שלוש הדיודות IN4001 המחוברות בסדרה במעגל פועלות כמחלק מתח, מה שיכול להפחית את ההספק המתפזר בטרנזיסטור TIP42. אם שלוש הדיודות הללו IN4001 אינן מחוברות, ההספק שפוזר על הטרנזיסטור TIP42: P=4.2V×זרם טעינה, לאחר הוספת הדיודה IN4001, P=(4.2V-3×0.7V)×זרם טעינה. לדיודה פולטת האור בקצה הימני יש פונקציית חיווי. הנורית דולקת, המציינת שהמתח הגיע ל-4.2V, כלומר, הסוללה המתאימה למעגל ההשוואה הזה טעונה במלואה.

רביעית, המאפיינים של איזון מעגל טעינה המבוסס על התנגדות shunt

מעגל האיזון הפשוט ביותר הוא איזון צריכת עומס, כלומר, נגד מחובר במקביל לכל סוללת כוח ליתיום, ומתג מחובר בטור לשליטה. כאשר המתח של סוללת ליתיום גבוה מדי, המתג מופעל וזרם הטעינה עובר דרך הנגד. באופן זה, לסוללת ליתיום במתח גבוה יש זרם טעינה קטן, ולסוללת ליתיום במתח נמוך יש זרם טעינה גדול. בדרך זו ניתן לאזן את המתח של סוללת הליתיום, אך ניתן ליישם שיטה זו רק על סוללות ליתיום בעלות קיבולת קטנה. זה לא ריאלי עבור סוללת הליתיום בקיבולת.

חבר נגדים במקביל בשני הקצוות של תא סוללת הליתיום כדי לאפשר להתנגדות לצרוך חלק מהאנרגיה של סוללת הליתיום. ישנן שתי צורות של התנגדות מקבילה. האחד הוא חיבור קבוע. הנגד מחובר במקביל בשני הקצוות של סוללת הליתיום למשך זמן רב. המתח של תא סוללת הליתיום כאשר הוא גבוה, הזרם דרך הנגד גדול וצורך יותר חשמל. כאשר המתח של סוללת הליתיום נמוך, הנגד צורך פחות חשמל. באמצעות המאפיין הרגיש ללחץ של התנגדות, מתממש איזון המתח של מסוף סוללת הליתיום. זוהי שיטה ריאלית מבחינה תיאורטית ונעשה בה שימוש לעתים רחוקות בפועל.

נתח את הצורך בהשוואת סוללת ליתיום ואת המאפיינים של מעגל טעינת השוואות פסיבי

דרך נוספת לחבר נגדים במקביל היא לחבר נגדים במקביל בשני קצוות התא דרך לולאת מתג. הבורר מופעל על ידי אות ממערכת הניהול. כאשר המערכת קובעת איזה מתח תא או SOC גבוה, היא מחברת את ההתנגדות המקבילה שלה כדי לצרוך את האנרגיה שלה.

העיקרון של טעינה מאוזנת המבוססת על התנגדות shunt מוצג באיור 5, כלומר, כל תא סוללת ליתיום מחובר במקביל להתנגדות shunt. מהמעגל המוצג באיור 5, ניתן לראות שזרם ה-shunt על ההתנגדות חייב להיות גדול בהרבה מזה של סוללת הליתיום. זרם הפריקה העצמית יכול להשיג את ההשפעה של טעינה מאוזנת. באופן כללי, זרם הפריקה העצמית של סוללת ליתיום הוא כ-C/20000, כך ש-C/200 מתאים יותר לזרם הזורם דרך נגד ה-shunt. בנוסף, הסטייה של כל התנגדות shunt היא גם גורם חשוב המשפיע על אפקט האיזון. לאחר מספר מסוים של מחזורי טעינה ופריקה, ניתן לקבוע את הסטייה של תא סוללת הליתיום באמצעות הנוסחה הבאה:

נתח את הצורך בהשוואת סוללת ליתיום ואת המאפיינים של מעגל טעינת השוואות פסיבי

איפה: VC היא סטיית המתח של סוללת הליתיום; R היא התנגדות ה-shunt; I הוא זרם הפריקה העצמית של סוללת הליתיום; VD הוא המתח של תא סוללת הליתיום; K היא סטיית ההתנגדות.

אם התנגדות ה-shunt היא 20Ω±0.05%, ניתן לשלוט על סטיית המתח של סוללת הליתיום בטווח של 50mV. ההספק הממוצע של כל נגד הוא 0.72W, אך נגד ה-shunt תמיד צורך חשמל ללא קשר לתהליך הטעינה או לתהליך הפריקה של סוללת הליתיום.

העיקרון של טעינה מאוזנת המבוססת על התנגדות shunt עם תוספת של מתג הדלקה כיבוי מוצג באיור 6. ההבדל בין טעינה מאוזנת של נגד shunt לבין טעינה מאוזנת של התנגדות הוא תוספת של מתג הדלקה כיבוי, אשר ניתן לשלוט על ידי תוכנת מערכת הבקרה, ניתן לממש גם על ידי מעגלים לוגיים פשוטים. מעגל ההשוואה המאמצת מצב בקרה זה פועל רק בסעיף טעינת המתח הקבוע של טעינת סוללת ליתיום, ומתג ההדלקה כבוי תמיד בזמנים אחרים, כך שכאשר ערכת סוללת הליתיום מתרוקנת, נגד ה-shunt אינו פועל לצרוך אנרגיה. אבל החיסרון העיקרי של מעגל זה הוא ששיעור הכשל של מתג ההפעלה-כיבוי גבוה יחסית, ונדרשים אמצעים מיותרים.