Dlaczego równoważenie baterii jest ważne dla zestawów akumulatorów?

Systemy zasilania akumulatorów samochodowych składają się z wielu pojedynczych ogniw połączonych szeregowo, aby spełnić określone wymagania dotyczące napięcia i mocy. W praktycznym użyciu, ze względu na różnice między poszczególnymi ogniwami, pojemność całego pakietu akumulatorów jest ograniczona przez pojemność najsłabszego ogniwa. W pakiecie połączonym szeregowo, chociaż prąd przepływający przez każde ogniwo jest identyczny, różnice w pojemności prowadzą do zróżnicowanych głębokości rozładowania; ogniwa o dużej pojemności mają tendencję do niedoładowania i nadmiernego rozładowania, podczas gdy ogniwa o małej pojemności są podatne na przeładowanie i nadmierne rozładowanie. W konsekwencji, ogniwa o dużej pojemności degradują wolniej i działają dłużej, podczas gdy ogniwa o małej pojemności degradują szybciej i mają krótszą żywotność. Ta dysproporcja pogłębia się z czasem, prowadząc ostatecznie do przedwczesnego uszkodzenia całego pakietu akumulatorów z powodu awarii ogniw o małej pojemności.

ACEY Tester pakietów akumulatorów może mierzyć pojemność, żywotność cykliczną oraz wydajność ładowania i rozładowania pakietu akumulatorów.

Podstawowym celem balansu jest "ścięcie szczytów i wypełnienie dolin". Polega to na wykorzystaniu zewnętrznego obwodu do regulacji prądów ładowania i rozładowania podczas ładowania, rozładowania lub okresów bezczynności, aby zapewnić spójne napięcie między ogniwami podczas pracy, tym samym przedłużając zasięg pojazdu i żywotność pakietu akumulatorów.

Zjawisko spadku wydajności pakietu akumulatorów spowodowane różnicami w wydajności między poszczególnymi ogniwami jest zazwyczaj określane jako "niedopasowanie ogniw" lub "nierównowaga". W większości przypadków ta nierównowaga wynika z niedoskonałości procesów produkcyjnych i metod testowania, a nie ze zmian w wewnętrznych właściwościach chemicznych ogniw. Nawet po posortowaniu i dopasowaniu ogniw po produkcji, nierównowaga nadal może wystąpić – na przykład, różne wskaźniki samorozładowania mogą powodować nierównowagę pojemności podczas okresów bezczynności, podczas gdy różne rezystancje wewnętrzne mogą prowadzić do przeładowania poszczególnych ogniw podczas procesu ładowania.
Aby osiągnąć kontrolę balansu dla poszczególnych ogniw, balanser stanowi kluczowy element Systemu Zarządzania Akumulatorem (BMS); bez balansera, system zarządzania – nawet mając dostęp do danych pomiarowych – nie byłby w stanie podjąć działań korygujących, czyniąc koncepcję "zarządzania" bez znaczenia.

I. Podstawowy model zarządzania kontrolą balansu

Model kontroli balansu omówiony w tym rozdziale dotyczy pakietów akumulatorów skonfigurowanych szeregowo, zakładając łącznie *n* ogniw w pakiecie. Jak pokazuje ten model, pojemność i stan naładowania (SOC) poszczególnych ogniw w pakiecie mogą się w dowolnym momencie różnić, co wymaga zarządzania kontrolą balansu dla pakietów akumulatorów. W przypadku pojazdów elektrycznych, niespójność między ogniwami akumulatorów jest nieunikniona, głównie z następujących dwóch powodów:

• Niespójności wynikające z procesu produkcji akumulatorów.
• Niespójności spowodowane środowiskami pracy.

II. Klasyfikacja zarządzania kontrolą balansu

Istnieje szeroka gama metod balansu akumulatorów, a nowe pojawiają się stale. Klasyfikacja tych metod jest trudna, ponieważ różne kryteria klasyfikacji dają różne wyniki. Poniższa tabela podsumowuje powszechne kryteria klasyfikacji i odpowiadające im typy.

III. Znaczenie zarządzania kontrolą balansu

1. Zarządzanie kontrolą balansu pomaga zwiększyć ogólną pojemność pakietu akumulatorów.
Rozważmy pakiet akumulatorów składający się z czterech ogniw (B1, B2, B3, B4). Załóżmy, że ich nominalne pojemności są identyczne (C1=C2=C3=C4=Cmax); jednakże, z powodu czynników takich jak zmienne wskaźniki samorozładowania, ich początkowe pojemności różnią się przed cyklem ładowania – w szczególności, załóżmy, że B2 ma najwyższą pojemność początkową, a B3 najniższą. Ponieważ ogniwa są połączone szeregowo, pozostała pojemność pakietu maleje równomiernie; jednak z czasem rozwija się nierównowaga. Kontrola balansu pozwala na zwiększenie ogólnej użytecznej pojemności.

2. Zarządzanie kontrolą balansu pomaga regulować głębokość ładowania i rozładowania ogniw akumulatorów.
Po pierwsze, zarządzanie balansem zwiększa bezpieczeństwo akumulatora. Bez zarządzania balansem ładowania, rozważmy następujący scenariusz: wśród czterech ogniw, jedno (B2) zbliża się do pełnego naładowania (tj. jego stan naładowania, lub SOC, przekracza 95%). Ze względu na charakterystykę siły elektromotorycznej i rezystancji wewnętrznej, jego napięcie robocze szybko rośnie, co czyni je podatnym na przeładowanie.

Po drugie, zarządzanie balansem przedłuża żywotność akumulatora. Po trzecie, zarządzanie balansem umożliwia równomierne starzenie się akumulatora, poprawiając tym samym spójność stanu zdrowia (SOH). Niespójność SOH stanowi trudność dla systemu zarządzania akumulatorem; komplikuje już i tak trudne zadanie szacowania pozostałego ładunku akumulatora (lub stanu naładowania, SOC) i utrudnia wdrożenie zoptymalizowanych strategii ładowania dla pakietu akumulatorów. Aby poprawić spójność SOH w całym pakiecie, czynniki wpływające na starzenie się akumulatora powinny wpływać na każde pojedyncze ogniwo tak równomiernie, jak to możliwe; wdrożenie kontroli balansu w celu zapewnienia spójnej głębokości rozładowania (DOD) między ogniwami jest skuteczną metodą osiągnięcia równomiernego starzenia się. Kontrola balansu utrzymuje spójną głębokość rozładowania podczas pracy, co nie tylko przedłuża ogólną żywotność cykliczną pakietu akumulatorów – jak wspomniano wcześniej – ale także zapewnia równomierne zużycie, co skutkuje wartościami SOH, które są stosunkowo podobne we wszystkich ogniwach.

O nas

Acey New Energy specjalizuje się w badaniach i produkcji zaawansowanego sprzętu do akumulatorów litowo-jonowych. Możemy zapewnić kompleksowe rozwiązanie dla linii produkcyjnej akumulatorów litowo-jonowych dla akumulatorów cylindrycznych/pryzmatycznych. Jeśli jesteś zainteresowany testerami pakietów akumulatorów lub balanserami akumulatorów, skontaktuj się z nami.