Waarom is batterijbalancering belangrijk voor batterijpakketten?

Automotive powerbatterijsystemen bestaan uit meerdere individuele cellen die in serie zijn geschakeld om aan specifieke spannings- en vermogensvereisten te voldoen. In praktisch gebruik, als gevolg van variaties tussen individuele cellen, wordt de capaciteit van het gehele batterijpakket beperkt door de capaciteit van de zwakste cel. In een in serie geschakeld pakket, hoewel de stroom die door elke cel vloeit identiek is, leiden verschillen in capaciteit tot verschillende ontladingsdieptes; cellen met een hoge capaciteit hebben de neiging om onderladen en onderontladen te worden, terwijl cellen met een lage capaciteit gevoelig zijn voor overladen en overontladen. Bijgevolg degraderen cellen met een hoge capaciteit langzaam en gaan ze langer mee, terwijl cellen met een lage capaciteit sneller degraderen en een kortere levensduur hebben. Dit verschil wordt na verloop van tijd groter, wat uiteindelijk leidt tot voortijdige uitval van het gehele batterijpakket als gevolg van de uitval van de cellen met een lage capaciteit.

De ACEY Batterijpakket Tester kan de capaciteit, cyclische levensduur en laad-ontlaadprestaties van het batterijpakket meten.

Het fundamentele doel van balanceren is "pieken afvlakken en dalen opvullen". Dit omvat het gebruik van externe circuits om laad- en ontlaadstromen te reguleren tijdens het laden, ontladen of inactieve periodes om een consistente spanning over de cellen tijdens bedrijf te garanderen, waardoor het rijbereik van het voertuig en de levensduur van het batterijpakket worden verlengd.

Het fenomeen waarbij de prestaties van een batterijpakket afnemen als gevolg van prestatieverschillen tussen individuele cellen wordt doorgaans aangeduid als "cel mismatch" of "onbalans". In de meeste gevallen is deze onbalans te wijten aan imperfecties in productieprocessen en testmethoden, in plaats van aan veranderingen in de inherente chemische eigenschappen van de cellen. Zelfs wanneer cellen na productie worden gesorteerd en gematcht, kunnen er nog steeds onbalansen optreden - bijvoorbeeld, verschillende zelfontladingssnelheden kunnen capaciteitsonbalansen veroorzaken tijdens inactieve periodes, terwijl variërende interne weerstanden kunnen leiden tot het overladen van specifieke cellen tijdens het laadproces.
Om balanceringscontrole voor individuele cellen te bereiken, dient de balancer als een kernelement van het Battery Management System (BMS); zonder een balancer zou het beheersysteem - zelfs met toegang tot meetgegevens - geen corrigerende actie kunnen ondernemen, waardoor het concept van "beheer" betekenisloos wordt.

I. Basismodel van Balanceringscontrolebeheer

Het balanceringscontrolemodel dat in dit hoofdstuk wordt besproken, is van toepassing op batterijpakketten met een seriële configuratie, uitgaande van een totaal van *n* cellen in het pakket. Zoals geïllustreerd door dit model, kunnen de capaciteit en de laadstatus (SOC) van individuele cellen binnen het pakket op elk moment variëren, wat balanceringscontrolebeheer voor powerbatterijpakketten noodzakelijk maakt. Voor elektrische voertuigen is inconsistentie tussen powerbatterijcellen onvermijdelijk, voornamelijk vanwege de volgende twee factoren:

• Inconsistenties die voortkomen uit het productieproces van de batterij.
• Inconsistenties veroorzaakt door operationele omgevingen.

II. Classificatie van Balanceringscontrolebeheer

Er is een breed scala aan methoden voor het balanceren van batterijen, met voortdurend nieuwe methoden die opkomen. Het classificeren van deze methoden is uitdagend omdat verschillende classificatiecriteria verschillende resultaten opleveren. De onderstaande tabel vat veelvoorkomende classificatiecriteria en hun bijbehorende typen samen.

III. Belang van Balanceringscontrolebeheer

1. Balanceringscontrolebeheer helpt de totale capaciteit van het batterijpakket te verhogen.
Beschouw een batterijpakket bestaande uit vier cellen (B1, B2, B3, B4). Neem aan dat hun nominale capaciteiten identiek zijn (C1=C2=C3=C4=Cmax); echter, als gevolg van factoren zoals variërende zelfontladingssnelheden, verschillen hun initiële capaciteiten vóór een laadcyclus - specifiek, neem aan dat B2 de hoogste initiële capaciteit heeft en B3 de laagste. Aangezien de cellen in serie zijn geschakeld, neemt de resterende capaciteit van het pakket uniform af; na verloop van tijd ontstaat er echter een onbalans. Balanceringscontrole maakt een toename van de totale bruikbare capaciteit mogelijk.

2. Balanceringscontrolebeheer helpt de laad- en ontladingsdiepte voor powerbatterijcellen te reguleren.
Ten eerste verbetert balanceringsbeheer de batterijveiligheid. Zonder laadbalanceringsbeheer, beschouw dit scenario: onder de vier cellen nadert één (B2) volledige lading (d.w.z. de laadstatus, of SOC, overschrijdt 95%). Vanwege de elektromotorische kracht en interne weerstandskenmerken stijgt de bedrijfsspanning snel, waardoor deze gevoelig is voor overladen.

Ten tweede verlengt balanceringsbeheer de levensduur van de batterij. Ten derde maakt balanceringsbeheer uniforme batterijveroudering mogelijk, waardoor de consistentie van de State of Health (SOH) wordt verbeterd. Inconsistentie in SOH vormt moeilijkheden voor het batterijbeheersysteem; het compliceert de reeds uitdagende taak van het schatten van de resterende lading van de batterij (of State of Charge, SOC) en belemmert de implementatie van geoptimaliseerde laadstrategieën voor het batterijpakket. Om de SOH-consistentie over het pakket te verbeteren, moeten de factoren die batterijveroudering beïnvloeden elke individuele cel zo gelijk mogelijk beïnvloeden; het implementeren van balanceringscontrole om een consistente ontladingsdiepte (DOD) over de cellen te garanderen is een effectieve methode om uniforme veroudering te bereiken. Balanceringscontrole handhaaft een consistente ontladingsdiepte tijdens bedrijf, wat niet alleen de algehele cyclische levensduur van het batterijpakket verlengt - zoals eerder vermeld - maar ook zorgt voor uniforme degradatie, wat resulteert in SOH-waarden die relatief vergelijkbaar zijn over alle cellen.

Over Ons

Acey New Energy is gespecialiseerd in onderzoek en productie van high-end apparatuur voor lithium-ionbatterijen. Wij kunnen een one-stop oplossing bieden voor productielijnen voor lithium-ionbatterijen voor cilindrische/prismatische batterijen. Als u geïnteresseerd bent in batterijpakkettesters of batterijegaliseerders, neem dan contact met ons op.