Liitiumaku võimsuse võrdsustamise vajadus ja passiivse võrdsustamise laadimisahela omadused
1. Tasandustasu määratlus ja võrdsustamise vajalikkus
1. Tasanduslaengu määratlus:
Tasanduslaadimine on lühendatud kui võrdsustav laadimine, mis on võrdsustava aku omaduste laadimine. See viitab pinge tasakaalustamatusele aku klemmis, mis on tingitud aku individuaalsetest erinevustest, temperatuuride erinevustest ja muudest põhjustest aku kasutamisel. Selle tasakaalustamatuse suundumuse halvenemise vältimiseks on vaja suurendada aku laadimispinget ja laadida akut tasakaalustatult, et tasakaalustada aku iga akuelemendi omadusi ja pikendada aku laadimispinget. aku kasutusiga.
Tasanduslaadimine on aku laadimisprotsessi keskmises ja hilises faasis. Kui toiteaku elemendi pinge jõuab väljalülituspingeni või ületab seda, hakkab tasakaalustusahel töötama, et vähendada toiteaku elemendi voolu, et piirata toiteaku elemendi pinget nii, et see ei oleks kõrgem kui laadimise katkestuspinge. Laadimise ühtlustamise ainus funktsioon on ülelaadimise vältimine ja see toob tühjenemise ajal kaasa negatiivseid mõjusid.
Tasanduslaadimise kasutamisel ei laeta väikese võimsusega akuelementi üle ja vabanev võimsus on väiksem kui võimsus, mida saab vabastada, kui ekvalaiserit ei kasutata kergeks ülelaadimiseks, mistõttu toiteaku element tühjeneb. aeg lühem ja võimalik ülelaadimine Seks on veelgi suurem.
2. Tasanduslaadimise vajadus:
Liitiumpatareide tootmise praeguse taseme ja tehnoloogiaga on liitiumaku elementide tootmisprotsessis iga liitiumaku elemendi vahel väikesed erinevused, mis on järjepidevuse probleem. Ebajärjekindlus ilmneb peamiselt liitiumaku elemendis. Mahutavus, sisetakistus, isetühjenemise kiirus, laadimise-tühjenemise efektiivsus jne. Liitiumaku elementide ebaühtlus kandub üle liitiumakule, mis toob vältimatult kaasa liitiumaku&kaotuse. #39;suutlikkus, mis omakorda viib eluea vähenemiseni.
Kokkupandud liitiumaku kasutamise käigus ilmneb ka monomeeride ebaühtlus isetühjenemise astme ja osade temperatuuri tõttu. Liitiumaku monomeeride ebaühtlus mõjutab liitiumaku laadimist ja tühjenemist. iseloomulik. Uuringud on näidanud, et liitiumaku elementide võimsuse 20% erinevus toob kaasa umbes 40% liitiumakupatareide võimsuse vähenemisest.
Liitiumvõimsuse aku tasakaalu tähendus on kasutada energiaelektroonilist tehnoloogiat, et hoida liitiumioon-liitiumaku elemendi pinge hälve või liitiumaku paketi pinge eeldatavas vahemikus, et tagada iga üksiku liitiumaku töökindlus. tavapärase kasutamise ajal. Samas olekus, et vältida üle- ja tühjenemist. Kui tasakaalu kontrolli ei teostata, siis laadimis- ja tühjenemistsüklite suurenedes eristub iga üksiku liitiumaku pinge järk-järgult ja kasutusiga lüheneb oluliselt.
Liitiumakuelementide ebaühtlus halveneb aja jooksul juhuslike tegurite, näiteks temperatuuri mõjul. Tavaolukorras, kui liitiumaku töökeskkonna temperatuur on optimaalsest temperatuurist 10°C kõrgem, lüheneb liitiumaku eluiga poole võrra. Sõidukite liitiumakusüsteemide seeriate suure arvu tõttu, tavaliselt vahemikus 88–100 seeriat, on nende võimsus tavaliselt 20–60 kWh ja iga liitiumakupatarei asukoht on erinev, mis põhjustab temperatuuri erinevust.
Isegi samas toiteaku karbis on liitiumaku asukohast ja kuumenemisest tingitud temperatuuride erinevus ning sellel temperatuuride erinevusel on liitiumaku elueale suur negatiivne mõju, põhjustades liitiumaku. tasakaalust välja paista ja sõiduulatus väheneb. , Tsükli eluiga on lühenenud. Just nende probleemide tõttu ei saa kogu akusüsteemi võimsus täielikult ära kasutada, põhjustades akusüsteemi kadusid ning selliste süsteemikadude leevendamine pikendab oluliselt ka akusüsteemi kasutusiga.
Liitiumaku elementide vaheline konsistents on liitiumaku võimsusele kõige otsesem ja kõige olulisem mõju, kuna liitiumaku võimsus on parameeter, mida ei saa lühikese aja jooksul otseselt mõõta, kuid liitiumaku võimsus on Avatud ahela pingete vahel on üks-ühele vastavus. Liitiumaku elemendi pinget saab mõõta internetis reaalajas, mis teeb sellest soodsa tingimuse liitiumaku elemendi konsistentsi taseme mõõtmiseks. Akuhaldussüsteemi juhtimisstrateegias on tühjenemise lõpetamise tingimused, laadimise lõpetamise tingimused jne, kus käivitustingimusena kasutatakse liitiumaku elemendi pinge väärtust.
Selles asendis oleva parameetri puhul piirab liitiumaku elementide pinge konsistentsi liigne erinevus otseselt liitiumaku laadimis- ja tühjenemisvõimsust. Sellest lähtuvalt on liitiumaku võrdsustamismeetodi kasutamine juba töötava liitiumaku ülemäärase pingeerinevuse probleemi lahendamiseks tõhus meede liitiumaku mahutavuse suurendamiseks ja aku tööea pikendamiseks. liitiumaku.
Teiseks passiivse tasakaalu eelised ja puudused
Liitiumakupatareide võrdsustuse juhtimisel jagunevad paralleelsete liitiumakupatareide pinge võrdsustamise praegused meetodid passiivseks ja aktiivseks võrdsustamiseks. Üldiselt määratletakse energiatarbimise tüüpi bilanss passiivse tasakaaluna. Passiivne tasakaal kasutab takisteid kõrgepinge või kõrge laenguga akude energia tarbimiseks, et saavutada eesmärk vähendada erinevate akude vahet. See on energiat tarbiv tüüp. tasakaalustatud. Praegu on turul palju akuhaldussüsteeme, mis kasutavad passiivset tasakaalu. Kuna liitiumakude turul rakendatakse passiivse tasakaalu tehnoloogiat enne aktiivset tasakaalu, on see tehnoloogia suhteliselt küps ning passiivse tasakaalu struktuur on lihtsam ja laialdasemalt kasutatav.
Liitiumakupatareide tasakaaluhaldus hõlmab pinge tasakaalu, voolu tasakaalu ja temperatuuri tasakaalu. Nende hulgas on liitiumakupatareide pingebilanss kõige elementaarsem, st liitiumaku elementide pingebilanss seeria liitiumakupatareides. Samamoodi viitab voolubilanss liitiumaku iga paralleelse liitiumaku elemendi voolu tasakaalule.
Liitiumakupatareide puhul on liitiumaku elementide jõudluse liiga kiire langus põhjuseks see, et vool on ebaühtlane ja üksikud akud töötavad ülemäärastes tingimustes, mille tulemuseks on jõudluse liigne langus. Liitiumaku elementide temperatuuride erinevus on tingitud ebaühtlasest soojuse tekkest ja ebaühtlasest soojuse hajumisest. Praegu lahendatakse liitiumakupatareide temperatuuritasakaalu üldiselt füüsiliste meetoditega, nagu loomulik õhkjahutus, sundõhkjahutus ja vedelikjahutus.
Kuna passiivne võrdsustamine kasutab energia tarbimiseks takisteid, tekib soojus ja tasandusvool on väike, mis vähendab kogu süsteemi efektiivsust. Lähtuvalt soojusjuhtimise nõuetest saab passiivset võrdsustada ainult sektsioonide kaupa. Liitiumakud on kuumuse suhtes väga tundlikud ning välistemperatuuri tõusu tuleb absoluutselt vältida. Passiivne võrdsustamine põhjustab liitiumaku lokaalset kuumenemist ja kõrge temperatuur suurendab komponentide rikete määra. Sel põhjusel, pidades silmas passiivse tasakaalu tekitatud soojust, esitatakse liitiumakude ohutusele ja konstruktsioonile erinõuded.
3. Passiivse tasakaalu tööpõhimõte
Passiivne võrdsustamine tühjendab üldiselt suurema pingega liitiumakusid takistuslahenduse kaudu ja vabastab elektrienergiat soojuse kujul, et saada rohkem laadimisaega teistele liitiumakudele. Laadimisprotsessi ajal on liitiumakul üldiselt laadimise ülempiiri kaitsepinge väärtus. Kui pinge laadimise ajal ületab selle väärtuse, mida tavaliselt tuntakse kui" overcharge", võib liitiumaku põleda või plahvatada.
Seetõttu on liitiumaku kaitseplaadil üldiselt ülelaadimiskaitsefunktsioon, et vältida liitiumaku ülelaadimist. See tähendab, et kui liitiumakude jada saavutab selle pinge väärtuse, katkestab liitiumaku kaitseplaat laadimisahela ja lõpetab laadimise.
Laengu võrdsustamine on toiteaku laadimisprotsessi kesk- ja hilises staadiumis, kui toiteaku elemendi pinge jõuab või ületab väljalülituspinget, hakkab tasandusahel töötama, et vähendada toiteaku elemendi voolu, et piirata toiteaku elemendi pinge ei tohi olla kõrgem kui laadimise katkestuspinge. Laengu tasakaalustamise ainus funktsioon on ülelaadimise vältimine ja see toob tühjenemise ajal kaasa negatiivseid mõjusid. Laadimise võrdsustamise kasutamisel ei laeta väikese võimsusega akuelementi üle ja vabanev võimsus on väiksem kui võimsus, mida saab vabastada, kui ekvalaiserit ei kasutata kergeks ülelaadimiseks, mistõttu toiteaku element tühjeneb. aeg lühem ja võimalik ülelaadimine Seks on veelgi suurem.
Liitiumaku paketi mahukao skemaatiline diagramm laadimise ajal on näidatud joonisel 1. Joonisel 1 on 2# liitiumaku klemmipinge esmalt laetud seatud kaitsepinge väärtuseni, mis käivitab kaitsemehhanismi. liitiumaku kaitseahelast ja peatab liitiumi Toiteaku laadimine põhjustab otseselt selle, et 1#, 3## ja 4 liitiumakusid ei saa täielikult laadida. Kogu liitiumaku täislaadimisvõimsus on piiratud 2# liitiumakuga, mistõttu liitiumaku ei saa täielikult laadida. Liitiumaku täielikuks laadimiseks tuleb laadimisel kasutada ühtlustavat laadimisahelat.
Liitiumaku laadimise ajal on iga liitiumaku varustatud tasandusahelaga, nagu on näidatud joonisel 2 (iga liitiumaku on ühendatud paralleelse pinge stabiliseerimise tasandusahelaga) ja iga liitiumaku juhitakse tasandusahel laadimise ajal. Liitiumaku pinge hoiab iga liitiumakupatarei samas olekus, tagades liitiumaku jõudluse ja eluea.
Kui liitiumaku võrdsustamisahela seatud pinge on 4,2 V, kui liitiumaku ei jõua 4,2 V-ni, siis paralleelne pingeregulaatori ahel ei tööta, iga liitiumaku laadimine jätkub ja laadimisvool jätkub läbivad liitiumaku. Nagu on näidatud joonisel 3.
Kui 2# liitiumaku klemmi pinge jõuab 4,2 V-ni, hakkab tasandusahel tööle ja see stabiliseerib pinge 4,2 V-ni, see tähendab, et laadimisvool ei läbi enam 2# liitiumaku, nagu näidatud. Joonisel 4. Sel viisil pikeneb 1#, 3# ja 4# liitiumakude laadimisaeg vastavalt, suurendades seeläbi kogu liitiumaku paketi võimsust. Kuid 100% liitiumaku nr 2 tühjenenud võimsusest muundatakse soojuseralduseks, põhjustades palju raiskamist (liitiumaku nr 2 soojuse hajumine on süsteemi kadu ja energia raiskamine ).
Joonisel 2 näidatud šundiregulaatori ahela tööpõhimõte on järgmine: TL431 on võrdluspinge ja pinge reguleeritakse muutuva takistuse reguleerimisega 4,2 V-ni. Kui liitiumaku kaks otsa on alla 4,2 V, ei neela TL431 voolu, see tähendab, et Ib=0 allapoole, seega Ic=0, siis transistor katkeb ja laadimisvool läbib ikkagi liitiumi toite aku. Kui liitiumaku mõlemad otsad jõuavad pingeni 4,2 V, hakkab TL431 neelama voolu Ib>0 ja laadimisvool (st Ic) läbib trioodi ja ei läbi liitiumaku, st. , ei ole liitiumaku enam laetud.
Kolm ahelas järjestikku ühendatud dioodi IN4001 toimivad pingejagajana, mis võib vähendada transistori TIP42 hajuvat võimsust. Kui need kolm dioodi IN4001 ei ole ühendatud, siis hajub võimsus transistoril TIP42: P=4,2V×laadimisvool, peale dioodi IN4001 lisamist, P=(4,2V-3×0,7V)×laadimisvool. Parempoolsel äärmisel valgusdioodil on näidikufunktsioon. Tuli põleb, mis näitab, et pinge on jõudnud 4,2 V-ni, see tähendab, et sellele tasandusahelale vastav aku on täielikult laetud.
Neljandaks võrdsustava laadimisahela omadused, mis põhinevad šundi takistusel
Lihtsaim tasakaaluahel on koormuse tarbimise bilanss, see tähendab, et iga liitiumakuga on paralleelselt ühendatud takisti ja juhtimiseks järjestikku ühendatud lüliti. Kui liitiumaku pinge on liiga kõrge, lülitatakse lüliti sisse ja laadimisvool suunatakse läbi takisti. Sel viisil on kõrgepinge liitiumaku laadimisvool väike ja madalpinge liitiumaku suur laadimisvool. Sel viisil saab liitiumaku pinget tasakaalustada, kuid seda meetodit saab rakendada ainult väikese võimsusega liitiumakudele. See on ebareaalne mahutavusega liitiumaku jaoks.
Ühendage takistid paralleelselt liitiumaku elemendi mõlemas otsas, et takistus saaks tarbida osa liitiumaku energiast. Paralleeltakistusel on kaks vormi. Üks on fikseeritud ühendus. Takisti on liitiumaku mõlemas otsas paralleelselt ühendatud pikka aega. Liitiumaku elemendi pinge Kui see on kõrge, on takistit läbiv vool suur ja tarbib rohkem energiat. Kui liitiumaku pinge on madal, tarbib takisti vähem energiat. Takistuse rõhutundliku karakteristiku kaudu realiseeritakse liitiumaku klemmi pinge tasakaal. See on teoreetiliselt teostatav meetod ja seda kasutatakse praktikas harva.
Analüüsige liitiumaku võimsuse võrdsustamise vajalikkust ja passiivse tasanduslaadimisahela omadusi
Teine võimalus takistite paralleelseks ühendamiseks on ühendada takistid paralleelselt elemendi mõlemas otsas läbi lülitusahela. Lüliti käivitab juhtimissüsteemi signaal. Kui süsteem määrab, milline elemendi pinge või SOC on kõrge, ühendab see energia tarbimiseks paralleeltakistuse.
Šunditakistusel põhineva tasakaalustatud laadimise põhimõte on näidatud joonisel 5, see tähendab, et iga liitiumaku element on paralleelselt ühendatud šunditakistusega. Joonisel 5 näidatud vooluringilt on näha, et takistuse šundivool peab olema palju suurem kui liitiumaku. Isetühjenemisvool võib saavutada tasakaalustatud laadimise efekti. Üldiselt on liitiumaku isetühjenemisvool umbes C/20000, seega on šunttakistit läbiva voolu jaoks sobivam C/200. Lisaks on iga šundi takistuse kõrvalekalle ka oluline võrdsustusefekti mõjutav tegur. Pärast teatud arvu laadimis- ja tühjenemistsükleid saab liitiumaku elemendi hälbe määrata järgmise valemiga:
Analüüsige liitiumaku võimsuse võrdsustamise vajalikkust ja passiivse tasanduslaadimisahela omadusi
Kus: VC on liitiumaku pinge hälve; R on šundi takistus; I on liitiumaku isetühjenemisvool; VD on liitiumaku elemendi pinge; K on takistuse hälve.
Kui šundi takistus on 20Ω±0,05%, saab liitiumaku pingehälvet reguleerida vahemikus 50mV. Iga takisti keskmine võimsus on 0,72 W, kuid šunttakisti tarbib alati voolu sõltumata laadimis- või liitiumaku tühjenemisprotsessist.
Šundi takistusel põhineva tasakaalustatud laadimise põhimõte koos sisse-välja lüliti lisamisega on näidatud joonisel 6. Sisse-välja šundi takisti tasakaalustatud laadimise ja takistuse šundi tasakaalustatud laadimise erinevus seisneb sisse-välja lüliti lisamises, mis saab juhtida juhtimissüsteemi tarkvara abil, seda saab teostada ka lihtsate loogikaahelate abil. Seda juhtimisrežiimi kasutav tasandusahel töötab ainult liitiumaku laadimise konstantse pingega laadimise osas ja muul ajal on sisse-välja lüliti alati välja lülitatud, nii et kui liitiumaku tühjeneb, ei tööta šunditakisti energiat tarbima. Kuid selle vooluahela peamiseks puuduseks on see, et sisse-välja lüliti rikete määr on suhteliselt kõrge ja vaja on üleliigseid vahendeid.
