Lityum Güç Pil Dengeleme Gerekliliği ve Pasif Dengeleme Şarj Devresinin Özellikleri
1. Denkleştirme ücretinin tanımı ve denkleştirmenin gerekliliği
1. Dengeleme ücretinin tanımı:
Dengeleyici şarj, dengeleyici pil özelliklerinin şarjı olan eşitleyici şarj olarak kısaltılır. Akü kullanımı sırasında aküdeki bireysel farklılıklar, sıcaklık farkları ve diğer sebeplerden dolayı akü terminalindeki voltaj dengesizliğini ifade eder. Bu dengesizlik eğiliminin bozulmasını önlemek için, pil paketindeki her pil hücresinin özelliklerini dengelemek ve pilin ömrünü uzatmak için pil paketinin şarj voltajını artırmak ve pili dengeli bir şekilde şarj etmek gerekir. pilin hizmet ömrü.
Dengeleme şarjı, güç pili şarj işleminin orta ve geç aşamalarındadır. Güç pil hücresi voltajı, kesme voltajına ulaştığında veya onu aştığında, güç pil hücresi voltajının şarj kesme voltajından daha yüksek olmamasını sınırlamak için dengeleme devresi, güç pil hücresi akımını azaltmak için çalışmaya başlar. Şarjı eşitlemenin tek işlevi aşırı şarjı önlemektir ve deşarj kullanımı sırasında olumsuz etkiler yaratacaktır.
Dengeleme şarjı kullanılırken, küçük kapasiteli güç pil hücresi aşırı şarj edilmez ve serbest bırakılabilen güç miktarı, ekolayzır hafif aşırı şarj için kullanılmadığında serbest bırakılabilen güçten daha azdır, bu da güç pil hücresinin boşalmasını sağlar. zaman daha kısa ve olası aşırı deşarj Seks daha da fazladır.
2. Dengeleme şarjının gerekliliği:
Lityum güç pili üretiminin mevcut seviyesi ve teknolojisi ile, lityum güç pil hücrelerinin üretim sürecinde, tutarlılık sorunu olan her bir lityum pil pil hücresi arasında ince farklılıklar olacaktır. Tutarsızlık esas olarak lityum güç pil hücresinde kendini gösterir. Kapasite, iç direnç, kendi kendine deşarj oranı, şarj-deşarj verimliliği vb. Lityum güç pil hücrelerinin tutarsızlığı, kaçınılmaz olarak lityum pil paketinin kaybına neden olacak olan lityum güç pil paketine iletilir's kapasitesi, bu da yaşamda bir azalmaya yol açar.
Monte edilmiş lityum pil kullanma sürecinde, monomerlerin tutarsızlığı, kendi kendine deşarj derecesi ve parçaların sıcaklığı nedeniyle de ortaya çıkacaktır. Lityum güç pil monomerlerinin tutarsızlığı, lityum güç pil takımının şarj edilmesini ve boşalmasını etkiler. karakteristik. Çalışmalar, lityum güç pil hücrelerinin kapasitesindeki %20'lik bir farkın, lityum pil paketlerinin kapasite kaybının yaklaşık %40'ını getireceğini göstermiştir.
Lityum güç pil dengesinin anlamı, her bir lityum güç pilinin korunmasını sağlamak için lityum iyon lityum güç pil hücresinin voltaj sapmasını veya lityum güç pil paketi voltajını beklenen aralıkta tutmak için güç elektroniği teknolojisini kullanmaktır. normal kullanım sırasında. Aşırı şarj ve aşırı deşarj oluşumunu önlemek için aynı durum. Denge kontrolü yapılmazsa, şarj ve deşarj döngüleri arttıkça her bir lityum pilin voltajı kademeli olarak farklılaşacak ve hizmet ömrü büyük ölçüde azalacaktır.
Lityum güç pil hücrelerinin tutarsızlığı, sıcaklık gibi rastgele faktörlerin etkisi altında zamanla daha da bozulacaktır. Normal koşullar altında, lityum pilin çalışma ortamı sıcaklığı optimum sıcaklığından 10°C daha yüksek olduğunda, lityum pilin ömrü yarı yarıya azalacaktır. Genellikle 88 ile 100 serisi arasında seri halinde çok sayıda araç lityum güç pil sistemi olması nedeniyle, kapasiteleri genellikle 20 ila 60kWh'dir ve her bir lityum pil dizisinin konumu farklıdır, bu da bir sıcaklık farkına neden olur.
Aynı güç pili kutusunda bile, lityum güç pilinin konumu ve ısınması nedeniyle bir sıcaklık farkı olacaktır ve bu sıcaklık farkı, lityum güç pilinin ömrü üzerinde büyük bir olumsuz etkiye sahip olacak ve lityum pil piline neden olacaktır. dengesiz görünecek ve seyir menzili azalacaktır. , Çevrim ömrü kısalır. Tam da bu sorunlardan dolayı, tüm pil sisteminin kapasitesi tam olarak kullanılamamakta, pil sistemi kayıplarına neden olmakta ve bu tür sistem kayıplarının azaltılması, pil sisteminin hizmet ömrünü de büyük ölçüde uzatacaktır.
Lityum güç pil hücreleri arasındaki tutarlılık, lityum güç pil kapasitesi üzerinde en doğrudan ve en önemli etkidir, çünkü lityum güç pil kapasitesi, kısa sürede doğrudan ölçülemeyen bir parametredir, ancak lityum güç pil hücresi kapasitesi, Açık devre gerilimleri arasında bire bir uygunluk vardır. Bir lityum pil hücresinin voltajı, gerçek zamanlı olarak çevrimiçi olarak ölçülebilir, bu da onu bir lityum pil hücresinin tutarlılık düzeyini ölçmek için uygun bir koşul haline getirir. Pil yönetim sisteminin yönetim stratejisinde, lityum güç pil hücresinin voltaj değerinin tetikleme koşulu olarak kullanıldığı deşarj sonlandırma koşulları, şarj sonlandırma koşulları vb.
Bu konumdaki 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 pil paketinin aşırı voltaj farkı sorununu çözmek için lityum güç pili eşitleme yöntemini kullanmak, lityum pil paketinin kapasitesini artırmak ve hizmet ömrünü uzatmak için etkili bir önlemdir. lityum güç pili.
İkincisi, pasif dengenin avantajları ve dezavantajları
Lityum güç pil paketlerinin eşitleme yönetiminde, seri-paralel lityum güç pil paketlerinin voltaj eşitleme için mevcut yöntemler, pasif eşitleme ve aktif eşitleme olarak ikiye ayrılır. Genel olarak enerji tüketim tipi dengesi pasif denge olarak tanımlanır. Pasif denge, farklı piller arasındaki boşluğu azaltma amacına ulaşmak için yüksek voltajlı veya yüksek şarjlı pillerin enerjisini tüketmek için dirençler kullanır. Enerji tüketen bir türdür. dengeli. Halihazırda piyasada pasif dengeyi benimseyen birçok pil yönetim sistemi bulunmaktadır. Aktif dengeden önce lityum güç pil pazarında pasif denge teknolojisi uygulandığından, teknoloji nispeten olgun ve pasif denge yapısı daha basit ve daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
Lityum güç pil paketlerinin denge yönetimi, voltaj dengesi, akım dengesi ve sıcaklık dengesini içerir. Bunlar arasında, 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, lityum güç pil paketindeki her bir lityum pil hücresinin akımının paralel olarak dengesi anlamına gelir.
Lityum güç pil paketlerinde, lityum güç pil hücrelerinin performansının çok hızlı düşmesinin nedeni, akımın tutarsız olması ve tek tek hücrelerin aşırı hız koşullarında çalışması ve bunun sonucunda aşırı performans düşüşüne neden olmasıdır. Lityum pil hücrelerinin sıcaklık farkı, tutarsız ısı üretimi ve tutarsız ısı dağılımından kaynaklanır. Şu anda, lityum pil paketlerinin sıcaklık dengesi, genellikle doğal hava soğutması, cebri hava soğutması ve sıvı soğutma gibi fiziksel yöntemlerle çözülmektedir.
Pasif eşitleme, enerji tüketmek için dirençler kullandığından, ısı üretilir ve eşitleme akımı küçüktür, bu da tüm sistemin verimliliğini azaltır. Termal yönetimin gereksinimlerine bağlı olarak, pasif eşitleme yalnızca bölüm bölüm eşitlenebilir. Lityum güç piller ısıya karşı çok hassastır ve dış sıcaklık artışından kesinlikle kaçınmak gerekir. Pasif eşitleme, lityum pil paketinin yerel olarak ısınmasına neden olacak ve yüksek sıcaklık, bileşenlerin arıza oranını artıracaktır. Bu nedenle, pasif denge tarafından üretilen ısı göz önüne alındığında, lityum güç pillerinin güvenlik ve yapısal tasarımı için özel gereksinimler ortaya konmuştur.
3. Pasif dengenin çalışma prensibi
Pasif eşitleme genellikle daha yüksek voltajlı lityum pil pillerini direnç deşarjı yoluyla deşarj eder ve diğer lityum pil pilleri için daha fazla şarj süresi kazanmak için elektriği ısı şeklinde serbest bırakır. Şarj işlemi sırasında, lityum güç pili genellikle bir şarj üst limit koruma voltajı değerine sahiptir. Şarj sırasında voltaj, yaygın olarak&"aşırı şarj &" olarak bilinen bu değeri aşarsa, lityum pil yanabilir veya patlayabilir.
Bu nedenle, lityum pil koruma levhası, lityum pilin aşırı şarj olmasını önlemek için genellikle bir aşırı şarj koruma işlevine sahiptir. Yani bir dizi lityum güç pili bu voltaj değerine ulaştığında, lityum güç pil koruma levhası şarj devresini kesecek ve şarjı durduracaktır.
Şarj eşitleme, güç pili şarj işleminin orta ve geç aşamalarındadır, güç pil hücresi voltajı kesme voltajına ulaştığında veya aştığında, sınırlamak için güç pil hücresi akımını azaltmak için eşitleme devresi çalışmaya başlar. güç pil hücresi voltajı, şarj kesme voltajından daha yüksek olmamalıdır. Şarj eşitlemenin tek işlevi aşırı şarjı önlemektir ve deşarj kullanımı sırasında olumsuz etkiler yaratacaktır. Şarj eşitleme kullanılırken, küçük kapasiteli güç pil hücresi aşırı şarj edilmez ve serbest bırakılabilen güç miktarı, ekolayzır hafif aşırı şarj için kullanılmadığında serbest bırakılabilen güçten daha azdır, bu da güç pil hücresinin boşalmasını sağlar. zaman daha kısa ve olası aşırı deşarj Seks daha da fazladır.
Şarj sırasında lityum güç pil takımının kapasite kaybının şematik diyagramı Şekil 1'de gösterilmiştir. Şekil 1'de, 2# lityum güç pilinin terminal voltajı önce koruma mekanizmasını tetikleyen ayarlanan koruma voltajı değerine şarj edilir. Güç pili paketinin şarj edilmesi doğrudan 1#, 3# ve 4 lityum pilin tam olarak şarj edilememesine neden olur. Tüm lityum pil paketinin tam şarj kapasitesi, 2# lityum güç pil ile sınırlıdır ve bu, lityum pil paketinin tam olarak şarj edilememesine neden olur. Lityum güç pil takımını tamamen şarj etmek için, şarj olurken eşitleyici 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 bir lityum güç pili bir paralel voltaj dengeleme eşitleme devresi ile bağlanır) ve her bir lityum pil pili tarafından kontrol edilir. şarj sırasında dengeleme devresi. Lityum güç pilinin voltajı, her bir lityum güç pil dizisini aynı durumda tutar ve lityum güç pilinin performansını ve ömrünü garanti eder.
Lityum güç pil dengeleme devresi tarafından ayarlanan voltaj 4.2V ise, lityum güç pil 4.2V'a ulaşmadığında paralel voltaj regülatör devresi çalışmaz, her bir lityum güç pili şarj olmaya devam eder ve şarj akımı devam eder. lityum güç pilinden geçirin. 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 gösterildiği gibi artık 2# lityum güç pilinden geçmez Şekil 4'te. Bu şekilde, 1#, 3# ve 4# lityum pillerin şarj süresi uygun şekilde uzatılır, böylece tüm lityum pil takımının gücü artar. Bununla birlikte, 2 No'lu lityum güç pilinin boşaldığı gücün %100'ü, ısı salınımına dönüştürülerek çok fazla israfa neden olur (2 No'lu lityum pilin ısı yayılımı, sistemin kaybı ve güç kaybıdır. ).
Şekil 2'de gösterilen şönt regülatör devresinin çalışma prensibi şu şekildedir: TL431 referans voltajı olup, değişken direnç ayarlanarak voltaj 4.2V'a ayarlanır. Lityum güç pilinin iki ucu 4.2V'den azsa, TL431 akımı emmez, yani aşağıdaki Ib=0, yani Ic=0, transistör kesilir ve şarj akımı hala lityumdan geçer. güç pili. Lityum güç pilin her iki ucu 4.2V'a ulaşırsa TL431 akımı, Ib>0'ı emmeye başlar ve şarj akımı (yani Ic) triyottan geçer ve lityum pilden geçmez, yani , lityum pil artık şarj olmaz.
Devreye seri olarak bağlanan üç IN4001 diyotu, TIP42 transistöründe harcanan gücü azaltabilen bir voltaj bölücü görevi görür. Bu üç IN4001 diyotu bağlı değilse, TIP42 transistöründe harcanan güç: IN4001 diyotu eklendikten sonra P=4.2V׺arj akımı P=(4.2V-3×0.7V)׺arj akımı. En sağdaki ışık yayan diyot, bir gösterge işlevine sahiptir. Voltajın 4.2V'a ulaştığını, yani bu dengeleme devresine karşılık gelen pilin tamamen şarj olduğunu gösteren ışık yanar.
Dördüncüsü, şönt direncine dayalı eşitleme şarj devresinin özellikleri
En basit denge devresi yük tüketim dengesidir, yani her bir lityum güç piline paralel olarak bir direnç bağlanır ve kontrol için seri olarak bir anahtar bağlanır. Lityum güç pilinin voltajı çok yüksek olduğunda, anahtar açılır ve şarj akımı direnç üzerinden aktarılır. Bu şekilde, yüksek voltajlı lityum güç pili küçük bir şarj akımına sahiptir ve düşük voltajlı lityum güç pili, büyük bir şarj akımına sahiptir. Bu şekilde, lityum pilin voltajı dengelenebilir, ancak bu yöntem yalnızca küçük kapasiteli lityum pil pillerine uygulanabilir. Kapasiteli lityum güç pili için gerçekçi değil.
Direncin lityum güç pilinin enerjisinin bir kısmını tüketmesini sağlamak için lityum güç pil hücresinin her iki ucundaki dirençleri paralel olarak bağlayın. İki tür paralel direnç vardır. Biri sabit bir bağlantıdır. Direnç, lityum güç pilinin her iki ucuna uzun süre paralel olarak bağlanır. Lityum güç pil hücresinin voltajı Yüksek olduğunda, dirençten geçen akım büyüktür ve daha fazla güç tüketir. Lityum güç pilinin voltajı düşük olduğunda, direnç daha az güç tüketir. Direncin basınca duyarlı özelliği sayesinde, lityum güç pil terminalinin voltaj dengesi gerçekleştirilir. Bu teorik olarak uygulanabilir bir yöntemdir ve pratikte nadiren kullanılır.
Lityum güç pil dengeleme gerekliliğini ve pasif dengeleme şarj devresinin özelliklerini analiz edin
Dirençleri paralel bağlamanın bir başka yolu, dirençleri hücrenin her iki ucundaki bir anahtar döngüsü aracılığıyla paralel olarak bağlamaktır. Anahtar, yönetim sisteminden 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 pil hücresi paralel olarak bir şönt direnci ile bağlanmıştır. Şekil 5'te gösterilen devreden direnç üzerindeki şönt akımının lityum pilinkinden çok daha büyük olması gerektiği görülebilir. Kendi kendine deşarj akımı, dengeli şarjın etkisini sağlayabilir. Genel olarak, bir lityum pilin kendi kendine deşarj akımı yaklaşık C/20000'dir, bu nedenle C/200, şönt dirençten geçen akım için daha uygundur. Ayrıca 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:
Lityum güç pil dengeleme gerekliliğini ve pasif dengeleme şarj devresinin özelliklerini analiz edin
Burada: VC, lityum güç pilinin voltaj sapmasıdır; R, şönt direncidir; I, lityum güç pilinin kendi kendine deşarj akımıdır; VD, lityum güç pil hücresinin voltajıdır; K direnç sapmasıdır.
Şönt direnci 20Ω±0.05% ise, lityum güç pilinin voltaj sapması 50mV aralığında kontrol edilebilir. Her rezistörün ortalama gücü 0,72W'dir, ancak şönt rezistör, lityum güç pilinin şarj işlemi veya deşarj işleminden bağımsız olarak her zaman güç tüketir.
Açma-kapama anahtarının eklenmesiyle şönt direncine dayalı dengeli şarj prensibi Şekil 6'da gösterilmektedir. Kontrol sistemi yazılımı ile kontrol edilebilir, Basit mantık devreleri ile de gerçekleştirilebilir. Bu kontrol modunu benimseyen dengeleme devresi, yalnızca lityum pil şarjının sabit voltajlı şarj bölümünde çalışır ve diğer zamanlarda açma-kapama düğmesi her zaman kapalıdır, böylece lityum güç pil takımı boşaldığında, şönt direnci olmaz enerji tüketin. Ancak bu devrenin ana dezavantajı, açma-kapama anahtarının arıza oranının nispeten yüksek olması ve yedek araçlara ihtiyaç duymasıdır.
