Lityum güç pil eşitlemesinin gerekliliğini ve pasif dengeleme şarj devresinin özelliklerini analiz edin
Anahtar kelimeler: denge, ilke, karakteristik
1. Dengeleme ücretlendirmesinin tanımı ve dengeleme gerekliliği
1. Dengeleme ücretinin tanımı:
Eşitleme şarjı, eşitleme şarjı olarak kısaltılır, yani eşitleme pil özelliklerinin şarjıdır.Pil kullanımı sırasında bireysel farklılıklar ve sıcaklık farklılıklarından dolayı akü terminalindeki voltaj dengesizliğini ifade eder.Bu dengesizlik eğiliminin bozulmaması için gereklidir. Pil paketinin şarj voltajını artırın ve pil paketindeki her pil hücresinin özelliklerini dengelemek ve pil ömrünü uzatmak için pili dengeli bir şekilde şarj edin.
Dengeleme şarjı, güç pili şarj işleminin orta ve geç aşamalarındadır.Güç pil hücresi voltajı, kesme voltajına ulaştığında veya aştığında, güç pili hücre voltajını şarj kesme voltajından daha yüksek olmayacak şekilde sınırlamak için güç pili hücresi akımını azaltmak için dengeleme devresi çalışmaya başlar. . Şarjı eşitlemenin tek işlevi, deşarj sırasında olumsuz etkiler yaratacak aşırı şarjı önlemektir.
Dengeleme şarjı kullanılırken, küçük kapasiteli güç pil hücresi aşırı şarj edilmez ve serbest bırakılabilen güç miktarı, ekolayzer hafif aşırı şarj için kullanılmadığında serbest bırakılabilecek güçten daha azdır, bu da güç pil hücresinin boşalma süresini kısaltır ve olası aşırı deşarj olur. Seks daha da büyük.
2. Şarjı eşitleme gerekliliği:
Lityum pil üretiminin mevcut seviyesi ve teknolojisi ile, lityum güç pil hücrelerinin üretim sürecinde, tutarlılık sorunu olan her bir lityum güç pil hücresi arasında ince farklılıklar olacaktır.Kutarsızlık esas olarak lityum pil hücresinde kendini göstermektedir. Kapasite, iç direnç, kendi kendine deşarj oranı, şarj ve deşarj verimliliği vb. Lityum güç pil hücrelerinin tutarsızlığı, lityum pil paketine iletilir ve bu da kaçınılmaz olarak lityum pil paketinin kapasitesinin düşmesine neden olur ve bu da yaşamın azalmasına neden olur.
Monte edilmiş lityum güç batarya montaj aracını kullanma sürecinde, monomer tutarsızlığı fenomeni, kendi kendine deşarj derecesi ve parçanın sıcaklığı nedeniyle de ortaya çıkacaktır.Lityum güç batarya monomerlerinin tutarsızlığı, lityum güç batarya paketinin şarjını ve deşarjını etkiler. karakteristik. Çalışmalar, lityum güç pil hücrelerinin kapasitesindeki% 20'lik bir farkın, lityum pil paketlerinin kapasite kaybının yaklaşık% 40'ına neden olacağını göstermiştir.
Lityum güç pil dengesinin anlamı, lityum iyon lityum güç pil hücresinin veya lityum pil paketi voltajının voltaj sapmasını beklenen aralıkta tutmak için güç elektroniği teknolojisini kullanmaktır, böylece her bir lityum güç pilinin normal kullanım sırasında korunmasını sağlamak Aşırı şarj ve aşırı deşarjı önlemek için aynı durum. Denge kontrolü yapılmazsa, şarj ve deşarj döngüleri arttıkça, her bir lityum güç pilinin voltajı kademeli olarak farklılaşacak ve hizmet ömrü büyük ölçüde azalacaktır.
Lityum güç pil hücrelerinin tutarsızlığı, sıcaklık gibi rastgele faktörlerin etkisi altında zamanla daha da kötüleşecektir. Genel olarak, lityum pilin ortam sıcaklığı, optimum sıcaklığından 10 ° C daha yüksek olduğunda, lityum pilin ömrü yarı yarıya azalacaktır. Araca monteli lityum güç pil sistemlerinin çok sayıda seri bağlantısı, genellikle 88 ila 100 serisi ve kapasite genel olarak 20 ila 60kWh olması nedeniyle, her lityum pil dizisi farklı konumlarda yüklenir ve sıcaklık farklılıkları üretecektir.
Aynı güç pil kutusunda bile, lityum güç pilinin konumu ve ısınması nedeniyle bir sıcaklık farkı olacaktır ve bu sıcaklık farkı, lityum pilin ömrü üzerinde büyük bir olumsuz etkiye sahip olacak ve lityum pilin dengesiz görünmesine ve seyir mesafesini azaltmasına neden olacaktır. , Çevrim ömrü kısalır. Tam da bu sorunlardan dolayı, tüm pil sisteminin kapasitesinin tam olarak kullanılamaması, pil sistemi kayıplarına neden olur ve bu tür sistem kayıplarının azaltılması, pil sisteminin hizmet ömrünü de büyük ölçüde uzatacaktır.
Lityum güç pil hücreleri arasındaki tutarlılık, lityum pil kapasitesi üzerindeki en doğrudan ve en önemli etkidir, çünkü lityum pil kapasitesi kısa sürede doğrudan ölçülemeyen bir parametredir, ancak lityum pil pil kapasitesi Açık devre voltajları arasında bire bir yazışma vardır. Lityum güç pil hücre voltajı, gerçek zamanlı olarak çevrimiçi olarak ölçülebilir, bu da lityum güç pil hücrelerinin tutarlılık düzeyini ölçmek için uygun bir koşuldur. Pil yönetim sisteminin yönetim stratejisinde, bir lityum güç pil hücresinin voltaj değerinin tetikleme koşulu olarak kullanıldığı deşarj sonlandırma koşulları, şarj sonlandırma koşulları vb. Vardır.
Bu pozisyondaki bir parametre için, lityum güç pil hücrelerinin voltaj tutarlılığındaki aşırı fark, lityum güç pil takımının şarj ve deşarj gücünü doğrudan sınırlar. Buna dayanarak, halihazırda çalışmakta olan lityum güç pil paketinin aşırı voltaj farkı sorununu çözmek için lityum güç pil eşitleme yöntemini kullanmak, lityum pil paketinin kapasitesini artırmak ve lityum pilin hizmet ömrünü uzatmak için etkili bir önlemdir.
İkincisi, pasif dengenin avantajları ve dezavantajları
Lityum güç pil paketlerinin dengeleme yönetiminde, seri paralel lityum pil paketlerinin voltaj dengelemesine yönelik mevcut yöntemler, pasif dengeleme ve aktif dengeleme olarak ikiye ayrılır. Genel olarak enerji tüketim tipi dengesi pasif denge olarak tanımlanır.Pasif denge, farklı piller arasındaki boşluğu azaltmak amacıyla yüksek voltajlı veya yüksek şarjlı pil hücrelerinin enerjisini tüketmek için dirençler kullanır.Enerji tüketen bir tiptir. dengeli. Şu anda piyasada pasif dengeyi benimseyen birçok batarya yönetim sistemi bulunmaktadır.Lityum güç bataryası piyasasında aktif denge öncesi pasif denge teknolojisi uygulandığı için teknoloji görece olgun, pasif denge yapısı daha basit ve yaygın olarak kullanılmaktadır.
Lityum güç pil paketlerinin denge yönetimi voltaj dengesi, akım dengesi ve sıcaklık dengesini içerir.Lityum güç pil paketlerinin voltaj dengesi en temel olanıdır, yani seri lityum güç pil paketlerindeki lityum güç pil hücrelerinin voltaj dengesi. Benzer şekilde, akım dengesi, paralel olarak lityum pil paketindeki her bir lityum güç pil hücresinin akımının dengesini ifade eder.
Lityum pil paketinde, lityum pil hücresinin performansının düşemeyecek kadar hızlı olmasının nedeni, akımın tutarsız olması ve tek tek hücrelerin aşırı hız koşullarında çalışarak çok hızlı performans düşüşüne neden olmasıdır. Lityum pil hücrelerinin sıcaklık farkı, tutarsız ısıtma ve tutarsız ısı dağılımından kaynaklanır. Şu anda, lityum güç pil paketlerinin sıcaklık dengesi genellikle doğal hava soğutma, zorlamalı hava soğutma ve sıvı soğutma gibi fiziksel yöntemleri benimser.
Pasif eşitleme, enerji tüketmek için dirençler kullandığından, ısı üretilir ve dengeleme akımı küçüktür, bu da tüm sistemin verimini düşürür Isıl yönetim gerekliliklerine bağlı olarak, pasif eşitleme yalnızca bölüm bölüm eşitlenebilir. Lityum piller ısıya karşı çok hassastır ve dış sıcaklıkta bir artıştan kesinlikle kaçınmak gerekir. Pasif eşitleme, lityum pil takımının yerel olarak ısınmasına neden olur ve yüksek sıcaklık, bileşenlerin arıza oranını artırır. Bu nedenle, pasif dengenin ürettiği ısı göz önünde bulundurularak, lityum güç pillerinin güvenliği ve yapısal tasarımı için özel gereksinimler öne sürülmüştür.
3. Pasif dengenin çalışma prensibi
Pasif eşitleme genellikle dirençli deşarj yoluyla daha yüksek voltajlı lityum güç pillerini boşaltır ve diğer lityum piller için daha fazla şarj süresi kazanmak için ısı şeklinde elektriği serbest bırakır. Şarj işlemi sırasında, lityum pil genellikle bir şarj üst sınır koruma voltaj değerine sahiptir Şarj sırasında voltaj, genellikle "aşırı şarj" olarak bilinen bu değeri aşarsa, lityum güç pili yanabilir veya patlayabilir.
Bu nedenle, lityum güç pil koruma kartları genellikle lityum pillerin aşırı şarjını önlemek için aşırı şarj koruma işlevine sahiptir. Yani, bir lityum pil dizisi bu voltaj değerine ulaştığında, lityum güç pil koruma kartı şarj devresini kesecek ve şarjı durduracaktır.
Şarj eşitleme, güç aküsü şarj işleminin orta ve geç aşamalarındadır, güç aküsü hücresi voltajı kesme voltajına ulaştığında veya aştığında, güç pili hücresi voltajını şarj kesme voltajından daha yüksek olmayacak şekilde sınırlamak için dengeleme devresi güç pili hücre akımını düşürmek için çalışmaya başlar. . Şarj eşitlemesinin tek işlevi, deşarj sırasında olumsuz etkiler yaratacak aşırı şarjı önlemektir. Şarj eşitleme kullanılırken, küçük kapasiteli güç pil hücresi aşırı şarj edilmez ve serbest bırakılabilen güç miktarı, ekolayzır olmadan ışığın aşırı şarjı ile serbest bırakılabilen güçten daha azdır, bu da güç pil hücresinin boşalma süresini kısaltır ve olası aşırı deşarj olur. Seks daha da büyük.
Şarj sırasında lityum güç pil takımının kapasite kaybının şematik diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir. Şekil 1'de, 2 # lityum güç pilinin terminal voltajı ilk olarak ayarlanan koruma voltajı değerine yüklenir ve bu, lityumu durdurmak için lityum güç pil koruma devresinin koruma mekanizmasını tetikler Güç pil paketinin şarj edilmesi doğrudan 1 #, 3 ## ve 4 lityum pillerin tam olarak şarj edilmemesine neden olur. Tüm lityum pil paketinin tam şarj kapasitesi 2 # lityum pil ile sınırlıdır ve lityum pil paketinin tam olarak şarj olmamasına neden olur. Lityum pil paketini tam olarak şarj etmek için, şarj sırasında dengeli bir şarj devresi kullanılmalıdır.
Lityum güç pilinin şarj işlemi sırasında, her bir lityum güç pili, Şekil 2'de gösterildiği gibi bir eşitleme devresi ile donatılmıştır (her lityum güç pili, paralel bir voltaj dengeleme eşitleme devresi ile bağlanır) ve her bir lityum güç pili, şarj sırasında eşitleme devresi tarafından kontrol edilir. Lityum güç pilinin voltajı, her bir lityum güç pil dizisini aynı durumda tutarak lityum pilin performansını ve ömrünü garanti eder.
Lityum güç akü dengeleme devresi tarafından ayarlanan voltaj 4.2V ise, lityum güç pili 4.2V'a ulaşmadığında, paralel voltaj regülatör devresi çalışmaz, her bir lityum güç pili şarj olmaya devam eder ve şarj akımı lityum güç pilinden geçmeye devam eder. Şekil 3'te gösterildiği gibi.
2 # lityum güç pil terminal voltajı 4.2V'a ulaştığında, eşitleme devresi çalışmaya başlar ve voltajı 4.2V'a sabitler, yani şarj akımı artık Şekil 4'te gösterildiği gibi 2 # lityum güç pilinden geçmez. Bu şekilde, 1 #, 3 # ve 4 # lityum güç pillerinin şarj süresi uygun şekilde uzatılır, böylece tüm lityum güç pil takımının gücü artar. Bununla birlikte, 2 No'lu lityum güç pilinin boşalmış gücünün% 100'ü ısı çıkışına dönüştürülerek çok fazla israfa neden olur (2 No'lu lityum güç pilinin ısı dağılımı, sistem kaybı ve güç israfıdır).
Şekil 2'de gösterilen şönt regülatör devresinin çalışma prensibi şöyledir: TL431 referans voltajıdır ve voltaj değişken direnç ayarlanarak 4.2V'a ayarlanır. Lityum pilin her iki ucu da 4,2V'den düşükse, TL431 akımı emmez, yani aşağıda Ib = 0, yani Ic = 0, transistör kesilir ve şarj akımı yine de lityum pilden geçer. Lityum pilin her iki ucu da 4.2V'a ulaşırsa, TL431 akımı emmeye başlar, Ib > 0, şarj akımı (yani, Ic) triyottan geçer ve lityum güç pilinden geçmez, yani lityum güç pili artık şarj edilmez.
Devrede seri olarak bağlanan üç diyot IN4001, bir voltaj bölücü görevi görür ve bu, TIP42 transistöründe harcanan gücü azaltabilir. Bu üç diyot IN4001 bağlı değilse, TIP42 transistöründe harcanan güç: P = 4,2V × şarj akımı, diyot IN4001, P = (4,2V-3 × 0,7V) × şarj akımı eklendikten sonra. En sağdaki ışık yayan diyotun bir gösterge işlevi vardır.Işık yanar ve voltajın 4.2V'a ulaştığını yani bu dengeleme devresine karşılık gelen akünün tam dolu olduğunu gösterir.
Dördüncüsü, şönt direncine dayalı dengeleme şarj devresinin özellikleri
En basit denge devresi yük tüketimi dengesidir, yani her bir lityum güç piline paralel olarak bir direnç bağlanır ve kontrol için bir anahtar seri bağlanır.Bir lityum güç pilinin voltajı çok yüksek olduğunda, anahtar açılır ve şarj akımı direnç üzerinden şöntlenir. Bu sayede yüksek voltajlı lityum güç pilinin küçük bir şarj akımı, düşük voltajlı lityum güç pilinin de büyük bir şarj akımı vardır.Bu şekilde lityum güç pilinin voltajı dengelenebilir ancak bu yöntem sadece küçük kapasiteli lityum pillere uygulanabilir. Kapasite lityum pil için gerçekçi değil.
Direncin lityum güç pilinin enerjisinin bir kısmını tüketmesine izin vermek için dirençleri lityum güç pil hücresinin her iki ucuna paralel olarak bağlayın. İki tür paralel direnç vardır. Biri sabit bağlantıdır. Direnç, lityum güç pilinin her iki ucuna uzun süre paralel bağlanır. Lityum güç pil hücresinin voltajı, Yüksek olduğunda dirençten geçen akım büyüktür ve daha fazla güç tüketir.Lityum pilin voltajı düşük olduğunda direnç daha az güç tüketir. Basınca duyarlı direnç özelliği sayesinde lityum güç pilinin terminal voltajı dengelenir. Bu teorik olarak uygulanabilir bir yöntemdir ve pratikte nadiren kullanılır.
Dirençleri paralel bağlamanın başka bir yolu, dirençleri hücrenin her iki ucuna bir anahtar döngüsü aracılığıyla paralel olarak bağlamaktır. Anahtar, yönetim sisteminden gelen bir sinyal ile tetiklenir Sistem, hangi hücre voltajının veya SOC'nin yüksek olduğunu belirlediğinde, enerjisini tüketmek için paralel direncini bağlar.
Şönt direncine dayalı dengeli şarj prensibi Şekil 5'te gösterilmektedir, yani her bir lityum güç pil hücresi paralel olarak bir şönt direnci ile bağlanmaktadır.Şekil 5'te gösterilen devreden direnç üzerindeki şönt akımının lityum güç pilininkinden çok daha büyük olması gerektiği görülmektedir. Kendi kendine deşarj akımı, dengeli şarjın etkisini sağlayabilir. Genellikle, lityum güç pilinin kendi kendine deşarj akımı yaklaşık C / 20000'dir, bu nedenle C / 200, şönt dirençten geçen akım için daha uygundur. Ek olarak, her bir şönt direncinin sapması da eşitleme etkisini etkileyen önemli bir faktördür. Belirli sayıda şarj ve deşarj döngüsünden sonra, lityum pil hücresinin sapması aşağıdaki formülle belirlenebilir:
Nerede: VC, lityum güç pilinin voltaj sapmasıdır; R şönt direncidir; I, lityum güç pilinin kendi kendine boşalma akımıdır; VD, lityum pil hücresinin voltajıdır; K, direnç sapmasıdır.
Şönt direnci% 20 ± 0.05 ise, lityum güç pilinin voltaj sapması 50mV aralığında kontrol edilebilir. Her bir direncin ortalama gücü 0,72 W'tır, ancak şönt direnci, lityum pilin şarj olup olmadığına bakılmaksızın her zaman güç tüketir.
Açma-kapama anahtarı ilavesiyle şönt direncine dayalı dengeli şarj ilkesi Şekil 6'da gösterilmektedir. Açma-kapama şönt direnç dengeli şarj ile direnç şönt dengeli şarj arasındaki fark, kontrol sistemi yazılımı tarafından kontrol edilebilen bir açma-kapama anahtarının eklenmesidir. , Basit bir mantık devresi ile de gerçekleştirilebilir. Bu kontrol modunu kullanan dengeleme devresi yalnızca lityum güç pil şarjının sabit voltajlı şarj bölümünde çalışır ve açma-kapama anahtarı diğer zamanlarda her zaman kapalıdır, böylece lityum pil paketi boşaldığında şönt direnç enerji tüketmez. Ancak bu devrenin ana dezavantajı, açma-kapama anahtarının arıza oranının nispeten yüksek olması ve fazlalık araçlara ihtiyaç duyulmasıdır.
Daha heyecan verici içerik için lütfen aşağıdaki mavi yazı tipine "daha fazla bilgi" tıklayın
