Lityum quvvat batareyasini tenglashtirish zarurati va passiv tenglashtirish zaryadlash davrining xususiyatlari
1. Tenglash zaryadining ta'rifi va tenglashtirish zarurati
1. Tenglashtiruvchi zaryadning ta'rifi:
Tenglashuvchi zaryadlash, tenglashtiruvchi zaryadlash deb qisqartiriladi, ya'ni batareyaning xususiyatlarini tenglashtirish. Bu akkumulyator batareyasidagi individual farqlar, harorat farqlari va batareyadan foydalanish paytida boshqa sabablarga ko'ra batareya terminalidagi kuchlanish nomutanosibligini anglatadi. Ushbu nomutanosiblik tendentsiyasining yomonlashishiga yo'l qo'ymaslik uchun batareya to'plamining zaryadlash kuchlanishini oshirish va batareya paketidagi har bir batareya xujayrasining xususiyatlarini muvozanatlash va batareyaning ishlash muddatini uzaytirish uchun batareyani muvozanatli tarzda zaryad qilish kerak. batareyaning ishlash muddati.
Tenglash zaryadlash quvvat batareyasini zaryadlash jarayonining o'rta va kech bosqichlarida. Quvvat batareyasi xujayrasining kuchlanishi o'chirish kuchlanishiga yetganda yoki undan oshib ketganda, quvvat batareyasi batareyasining kuchlanishini cheklash kuchlanishidan yuqori bo'lmasligi uchun quvvat batareyasi hujayra oqimini kamaytirish uchun balanslash davri ishlay boshlaydi. Zaryadlashni tenglashtirishning yagona funktsiyasi ortiqcha zaryadlanishning oldini olishdir va bu zaryadsizlanish paytida salbiy ta'sir ko'rsatadi.
Tenglashuvchi zaryadlashdan foydalanganda, kichik quvvatli batareya xujayrasi ortiqcha zaryadlanmaydi va bo'shatilgan quvvat miqdori ekvalayzer engil ortiqcha zaryadlash uchun ishlatilmaganda chiqariladigan quvvatdan kamroq bo'ladi, bu esa quvvat batareyasining zaryadsizlanishiga olib keladi. vaqt qisqaroq va mumkin bo'lgan ortiqcha zaryadsizlanish Jinsiy aloqa yanada kattaroq.
2. Zaryadlashni tenglashtirish zarurati:
Lityum quvvat batareyasini ishlab chiqarishning hozirgi darajasi va texnologiyasi bilan lityum quvvatli batareya xujayralarini ishlab chiqarish jarayonida har bir lityum quvvat batareyasi xujayrasi o'rtasida nozik farqlar bo'ladi, bu mustahkamlik muammosi. Mos kelmaslik, asosan, lityum quvvatli batareya xujayrasida namoyon bo'ladi. Imkoniyatlar, ichki qarshilik, o'z-o'zidan tushirish tezligi, zaryadlash-deşarj samaradorligi va boshqalar. Lityum quvvat batareyasi hujayralarining nomuvofiqligi lityum quvvatli batareyalar to'plamiga uzatiladi, bu muqarrar ravishda lityum quvvatli batareyalar to'plamining yo'qolishiga olib keladi's qobiliyati, bu esa o'z navbatida hayotning pasayishiga olib keladi.
Yig'ilgan lityum quvvat batareyasidan foydalanish jarayonida monomerlarning nomuvofiqligi o'z-o'zidan tushirish darajasi va qismlarning harorati tufayli ham paydo bo'ladi. Lityum quvvat akkumulyatori monomerlarining nomuvofiqligi lityum quvvatli batareyalar paketini zaryadlash va zaryadsizlantirishga ta'sir qiladi. xarakterli. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, lityum quvvatli batareyalar xujayralarining sig'imidagi 20% farq lityum quvvatli batareya paketlarining sig'imini yo'qotishning taxminan 40% ga olib keladi.
Lityum quvvat batareyasi balansining ma'nosi lityum-ionli lityum quvvat batareyasi hujayrasining kuchlanish og'ishini yoki lityum quvvatli batareya to'plamining kuchlanishini kutilgan diapazonda ushlab turish uchun quvvat elektron texnologiyasidan foydalanishdir, shunda har bir lityum batareya quvvati saqlanib turishini ta'minlaydi. normal foydalanish paytida. Haddan tashqari zaryadlash va haddan tashqari zaryadsizlanishning oldini olish uchun xuddi shu holat. Agar muvozanat nazorati amalga oshirilmasa, zaryadlash va tushirish davrlari ortib borayotganligi sababli, har bir lityum batareyaning kuchlanishi asta-sekin farqlanadi va xizmat muddati sezilarli darajada kamayadi.
Lityum quvvat batareyasi hujayralarining nomuvofiqligi harorat kabi tasodifiy omillar ta'sirida vaqt o'tishi bilan yanada yomonlashadi. Oddiy sharoitlarda, lityum batareyaning ish muhiti harorati optimal haroratdan 10 ° C yuqori bo'lsa, lityum quvvat batareyasining ishlash muddati ikki baravar kamayadi. Odatda 88 dan 100 gacha seriyali avtomobil lityum batareya tizimlarining ko'pligi tufayli ularning quvvati odatda 20 dan 60 kVt soatgacha va har bir lityum quvvat batareyasining joylashuvi har xil bo'lib, harorat farqiga olib keladi.
Xuddi shu quvvat batareyasi qutisida ham lityum quvvat batareyasining joylashishi va isishi tufayli harorat farqi bo'ladi va bu harorat farqi lityum quvvat batareyasining ishlash muddatiga katta salbiy ta'sir ko'rsatadi va lityum quvvat batareyasini keltirib chiqaradi. muvozanatsiz ko'rinadi va sayohat oralig'i kamayadi. , Tsiklning ishlash muddati qisqartiriladi. Aynan shu muammolar tufayli butun akkumulyator tizimining sig'imi to'liq ishlatilmaydi, bu batareya tizimining yo'qolishiga olib keladi va bunday tizim yo'qotishlarini yumshatish ham batareya tizimining xizmat qilish muddatini sezilarli darajada uzaytiradi.
Lityum quvvatli batareya xujayralari orasidagi izchillik lityum quvvatli batareya quvvatiga eng to'g'ridan-to'g'ri va eng muhim ta'sir ko'rsatadi, chunki lityum quvvatli batareya quvvati qisqa vaqt ichida to'g'ridan-to'g'ri o'lchab bo'lmaydigan parametrdir, lekin lityum quvvat batareyasining quvvati Ochiq zanjirli kuchlanishlar o'rtasida birma-bir yozishmalar mavjud. Lityum quvvatli batareya xujayrasining kuchlanishi real vaqtda onlayn rejimida o'lchanishi mumkin, bu esa lityum quvvat batareyasining mustahkamlik darajasini o'lchash uchun qulay shartdir. Batareyani boshqarish tizimining boshqaruv strategiyasida zaryadsizlanishni tugatish shartlari, zaryadlashni tugatish shartlari va boshqalar mavjud bo'lib, bu erda lityum quvvat batareyasining kuchlanish qiymati tetik holati sifatida ishlatiladi.
Ushbu holatdagi parametr uchun lityum quvvat batareyasi hujayralarining kuchlanish mustahkamligidagi haddan tashqari farq to'g'ridan-to'g'ri lityum quvvat batareyasining zaryadlash va tushirish quvvatini cheklaydi. Shunga asoslanib, allaqachon ishlayotgan lityum quvvatli batareyalar to'plamining haddan tashqari kuchlanish farqi muammosini hal qilish uchun lityum quvvat batareyasini tenglashtirish usulidan foydalanish lityum quvvatli batareyalar paketining quvvatini oshirish va xizmat muddatini uzaytirish uchun samarali chora hisoblanadi. lityum quvvat batareyasi.
Ikkinchidan, passiv muvozanatning afzalliklari va kamchiliklari
Lityum quvvatli batareya paketlarini tenglashtirishni boshqarishda ketma-ket parallel lityum quvvatli batareya paketlarini kuchlanishni tenglashtirishning joriy usullari passiv tenglashtirish va faol tenglashtirishga bo'linadi. Odatda, energiya iste'moli turi balansi passiv balans sifatida aniqlanadi. Passiv muvozanat turli batareyalar orasidagi bo'shliqni kamaytirish maqsadiga erishish uchun yuqori kuchlanishli yoki yuqori zaryadlangan batareyalarning energiyasini iste'mol qilish uchun rezistorlardan foydalanadi. Bu energiya sarflaydigan tur. muvozanatli. Hozirgi vaqtda bozorda passiv balansni qabul qiluvchi ko'plab batareya boshqaruv tizimlari mavjud. Passiv muvozanat texnologiyasi lityum quvvatli batareyalar bozorida faol muvozanatdan oldin qo'llanilganligi sababli, texnologiya nisbatan etuk va passiv balans tuzilishi oddiyroq va kengroq qo'llaniladi.
Lityum quvvatli batareya paketlarining balansini boshqarish kuchlanish balansi, oqim balansi va harorat balansini o'z ichiga oladi. Ular orasida lityum quvvatli batareya paketlarining kuchlanish balansi eng asosiy hisoblanadi, ya'ni ketma-ket lityum quvvatli batareyalar paketlarida lityum quvvatli batareya hujayralarining kuchlanish balansi. Xuddi shunday, oqim balansi parallel ravishda lityum quvvat batareyasi to'plamidagi har bir lityum quvvat batareyasi xujayrasining oqimining muvozanatiga ishora qiladi.
Lityum quvvatli batareya paketlarida lityum quvvatli batareya xujayralarining ishlashi juda tez pasayib ketishining sababi oqimning mos kelmasligi va alohida hujayralar haddan tashqari ishlagan sharoitlarda ishlashi, natijada ishlashning haddan tashqari pasayishiga olib keladi. Lityum batareya xujayralarining harorat farqi nomuvofiq issiqlik hosil bo'lishi va mos kelmaydigan issiqlik tarqalishidan kelib chiqadi. Hozirgi vaqtda lityum quvvatli batareya paketlarining harorat balansi odatda tabiiy havo sovutish, majburiy havo sovutish va suyuqlik sovutish kabi jismoniy usullar bilan hal qilinadi.
Passiv tenglashtirish energiyani iste'mol qilish uchun rezistorlardan foydalanganligi sababli, issiqlik hosil bo'ladi va tenglashtirish oqimi kichik bo'lib, butun tizimning samaradorligini pasaytiradi. Issiqlik boshqaruvi talablariga asoslanib, passiv tenglashtirish faqat bo'lim bo'yicha tenglashtirilishi mumkin. Lityum quvvatli batareyalar issiqlikka juda sezgir va tashqi haroratning oshishiga mutlaqo yo'l qo'ymaslik kerak. Passiv tenglashtirish lityum batareyalar to'plamining mahalliy isishiga olib keladi va yuqori harorat komponentlarning ishdan chiqish darajasini oshiradi. Shu sababli, passiv muvozanat natijasida hosil bo'lgan issiqlikni hisobga olgan holda, lityum quvvatli batareyalarning xavfsizligi va konstruktiv dizayni uchun maxsus talablar qo'yiladi.
3. Passiv muvozanatning ishlash prinsipi
Passiv tenglashtirish odatda lityum quvvatli batareyalarni qarshilik zaryadsizlanishi orqali yuqori kuchlanish bilan zaryadsizlantiradi va boshqa lityum quvvatli batareyalar uchun ko'proq zaryadlash vaqtini olish uchun issiqlik shaklida elektr energiyasini chiqaradi. Zaryadlash jarayonida lityum quvvat batareyasi odatda zaryadlovchi yuqori chegara himoya kuchlanish qiymatiga ega. Zaryadlash vaqtidagi kuchlanish odatda"ortiqcha zaryadlash" deb nomlanuvchi ushbu qiymatdan oshsa, lityum quvvat batareyasi yonishi yoki portlashi mumkin.
Shu sababli, lityum quvvatli batareyani himoya qilish paneli odatda lityum quvvat batareyasining haddan tashqari zaryadlanishini oldini olish uchun ortiqcha zaryaddan himoya qilish funktsiyasiga ega. Ya'ni, lityum quvvatli batareyalar qatori ushbu kuchlanish qiymatiga yetganda, lityum quvvat batareyasini himoya qilish paneli zaryadlash pallasini uzib, zaryadlashni to'xtatadi.
Zaryadni tenglashtirish quvvat batareyasini zaryadlash jarayonining o'rta va kech bosqichlarida bo'lib, quvvat akkumulyator batareyasining kuchlanishi to'xtash kuchlanishiga yetganda yoki undan oshib ketganda, tenglashtirish davri quvvat batareyasining oqimini kamaytirish uchun ishlay boshlaydi. quvvat akkumulyator batareyasining kuchlanishi zaryadni o'chirish kuchlanishidan yuqori bo'lmasligi kerak. Zaryadni tenglashtirishning yagona vazifasi ortiqcha zaryadlanishning oldini olishdir va u zaryadsizlanish paytida salbiy ta'sir ko'rsatadi. Zaryadni tenglashtirishdan foydalanilganda, kichik sig'imli quvvat batareyasi haddan tashqari zaryadlanmaydi va chiqariladigan quvvat miqdori ekvalayzer engil ortiqcha zaryadlash uchun ishlatilmaganda chiqariladigan quvvatdan kamroq bo'ladi, bu esa quvvat batareyasining zaryadsizlanishiga olib keladi. vaqt qisqaroq va mumkin bo'lgan ortiqcha zaryadsizlanish Jinsiy aloqa yanada kattaroq.
Zaryadlash vaqtida lityum quvvatli akkumulyator batareyasining sig'imini yo'qotishning sxematik diagrammasi 1-rasmda ko'rsatilgan. 1-rasmda 2 # lityum quvvat batareyasining terminal kuchlanishi birinchi navbatda o'rnatilgan himoya kuchlanish qiymatiga zaryadlanadi, bu himoya mexanizmini ishga tushiradi. lityum quvvatli batareyani himoya qilish pallasida va lityumni to'xtatadi Quvvatli batareya paketining zaryadlanishi bevosita 1#, 3## va 4 lityum quvvatli batareyalarni to'liq zaryad qila olmasligiga olib keladi. Butun lityum quvvatli batareyalar to'plamining to'liq zaryadlash hajmi 2# lityum quvvatli batareya bilan cheklangan, bu esa lityum quvvatli batareyalar to'plamining to'liq zaryadlanmasligiga olib keladi. Lityum quvvatli batareya paketini to'liq zaryad qilish uchun zaryad olayotganda tenglashtiruvchi zaryadlash pallasidan foydalanish kerak.
Lityum quvvat batareyasini zaryad qilish jarayonida har bir lityum quvvat batareyasi 2-rasmda ko'rsatilgandek tenglashtirish davri bilan jihozlangan (har bir lityum quvvat batareyasi parallel kuchlanish stabilizatsiyasi tenglashtirish davri bilan bog'langan) va har bir lityum quvvat batareyasi tomonidan boshqariladi. zaryadlash vaqtida tenglashtirish davri. Lityum quvvat akkumulyatorining kuchlanishi har bir lityum quvvat batareyasini bir xil holatda ushlab turadi, lityum quvvat batareyasining ishlashi va ishlash muddatini ta'minlaydi.
Lityum quvvat batareyasini tenglashtirish pallasida o'rnatilgan kuchlanish 4,2 V bo'lsa, lityum quvvat batareyasi 4,2 V ga etmasa, parallel voltaj regulyatori davri ishlamasa, har bir lityum quvvat batareyasi zaryadlashda davom etadi va zaryadlash oqimi davom etadi. lityum quvvat batareyasidan o'ting. 3-rasmda ko'rsatilganidek.
2 # lityum quvvatli batareya terminali kuchlanishi 4,2 V ga yetganda, tenglashtirish davri ishlay boshlaydi va u kuchlanishni 4,2 V ga barqarorlashtiradi, ya'ni zaryadlash oqimi ko'rsatilganidek, 2 # lityum batareyadan o'tmaydi. 4-rasmda. Shu tarzda, 1#, 3# va 4# lityum quvvatli batareyalarning zaryadlash vaqti mos ravishda uzaytiriladi va shu bilan butun lityum quvvatli batareyalar to'plamining quvvatini oshiradi. Shu bilan birga, 2-sonli lityum quvvat akkumulyatorining zaryadsizlangan quvvatining 100% issiqlik chiqishiga aylanadi, bu juda ko'p chiqindilarni keltirib chiqaradi (2-sonli lityum quvvat batareyasining issiqlik tarqalishi tizimning yo'qolishi va quvvatni isrof qilishdir. ).
Shakl 2da ko'rsatilgan manevr regulyatori sxemasining ishlash printsipi: TL431 mos yozuvlar kuchlanishidir va o'zgaruvchan qarshilikni sozlash orqali kuchlanish 4,2V ga o'rnatiladi. Lityum quvvat batareyasining ikki uchi 4,2V dan kam bo'lsa, TL431 oqimni o'zlashtirmaydi, ya'ni quyida Ib=0, shuning uchun Ic=0, tranzistor uzilib qoladi va zaryadlash oqimi hali ham lityumdan o'tadi. quvvat batareyasi. Lityum quvvat batareyasining ikkala uchi 4,2V ga yetsa, TL431 tokni yuta boshlaydi, Ib>0 va zaryadlovchi oqim (ya'ni Ic) trioddan o'tadi va lityum quvvat batareyasidan o'tmaydi, ya'ni , lityum quvvat batareyasi endi zaryadlanmaydi.
Zanjirda ketma-ket ulangan uchta diod IN4001 kuchlanish bo'luvchi vazifasini bajaradi, bu TIP42 tranzistorida tarqaladigan quvvatni kamaytirishi mumkin. Agar ushbu uchta diod IN4001 ulanmagan bo'lsa, TIP42 tranzistorida quvvat sarflanadi: P=4,2V × zaryadlovchi oqim, IN4001 diodini qo'shgandan so'ng, P=(4,2V-3 × 0,7V) × zaryadlash oqimi. Eng o'ngdagi yorug'lik chiqaradigan diyot ko'rsatkich funktsiyasiga ega. Chiroq yoqilgan, bu kuchlanish 4,2V ga yetganligini, ya'ni ushbu tenglashtirish sxemasiga mos keladigan batareya to'liq zaryadlanganligini ko'rsatadi.
To'rtinchidan, shunt qarshiligiga asoslangan zaryadlash davrini tenglashtirish xususiyatlari
Eng oddiy balans sxemasi yuk iste'moli balansidir, ya'ni har bir lityum batareyaga parallel ravishda rezistor ulanadi va boshqarish uchun kalit ketma-ket ulanadi. Lityum quvvat batareyasining kuchlanishi juda yuqori bo'lsa, kalit yoqiladi va zaryadlovchi oqim qarshilik orqali o'tadi. Shu tarzda, yuqori kuchlanishli lityum quvvat batareyasi kichik zaryadlovchi oqimga ega va past kuchlanishli lityum quvvat batareyasi katta zaryadlash oqimiga ega. Shu tarzda, lityum quvvat batareyasining kuchlanishini muvozanatlash mumkin, ammo bu usul faqat kichik quvvatli lityum quvvatli batareyalarga qo'llanilishi mumkin. Lityum quvvatli batareya uchun bu haqiqiy emas.
Lityum quvvat batareyasining har ikki uchida rezistorlarni parallel ravishda ulang, bu qarshilik lityum quvvat batareyasi energiyasining bir qismini iste'mol qilishi mumkin. Parallel qarshilikning ikki shakli mavjud. Ulardan biri qattiq ulanish. Rezistor uzoq vaqt davomida lityum quvvat batareyasining har ikki uchida parallel ravishda ulanadi. Lityum quvvat batareyasi xujayrasining kuchlanishi Yuqori bo'lsa, qarshilik orqali oqim katta va ko'proq quvvat sarflaydi. Lityum quvvat batareyasining kuchlanishi past bo'lsa, qarshilik kamroq quvvat sarflaydi. Qarshilikning bosimga sezgir xarakteristikasi orqali lityum quvvat batareyasi terminalining kuchlanish balansi amalga oshiriladi. Bu nazariy jihatdan mumkin bo'lgan usul bo'lib, amalda kamdan-kam qo'llaniladi.
Lityum quvvat batareyasini tenglashtirish zaruriyatini va passiv tenglashtirish zaryadlash davrining xususiyatlarini tahlil qiling
Rezistorlarni parallel ulashning yana bir usuli - rezistorlarni hujayraning har ikki uchida o'tkazgich halqasi orqali parallel ravishda ulash. Kommutator boshqaruv tizimidan kelgan signal bilan ishga tushiriladi. Tizim qaysi hujayra kuchlanishi yoki SOC yuqori ekanligini aniqlaganda, u energiyani iste'mol qilish uchun parallel qarshiligini bog'laydi.
Shunt qarshiligiga asoslangan muvozanatli zaryadlash printsipi 5-rasmda ko'rsatilgan, ya'ni har bir lityum quvvat batareyasi xujayrasi shunt qarshiligi bilan parallel ravishda ulangan. 5-rasmda ko'rsatilgan sxemadan ko'rinib turibdiki, qarshilikdagi shunt oqimi lityum quvvat akkumulyatoridan ancha katta bo'lishi kerak. O'z-o'zidan tushirish oqimi muvozanatli zaryadlash effektiga erishishi mumkin. Odatda, lityum quvvat batareyasining o'z-o'zidan tushirish oqimi taxminan C / 20000 ni tashkil qiladi, shuning uchun C / 200 shunt qarshiligi orqali oqadigan oqim uchun ko'proq mos keladi. Bundan tashqari, har bir shunt qarshiligining og'ishi ham tenglashtirish effektiga ta'sir qiluvchi muhim omil hisoblanadi. Zaryadlash va tushirish davrlarining ma'lum sonidan so'ng, lityum quvvat batareyasining xujayrasining og'ishini quyidagi formula bilan aniqlash mumkin:
Lityum quvvat batareyasini tenglashtirish zaruriyatini va passiv tenglashtirish zaryadlash davrining xususiyatlarini tahlil qiling
Bu erda: VC - lityum quvvat batareyasining kuchlanish og'ishi; R - shunt qarshiligi; I - lityum quvvat batareyasining o'z-o'zidan tushirish oqimi; VD - lityum quvvatli akkumulyator batareyasining kuchlanishi; K - qarshilik og'ishi.
Agar shunt qarshiligi 20Ō±0,05% bo'lsa, lityum quvvat batareyasining kuchlanish og'ishi 50mV oralig'ida nazorat qilinishi mumkin. Har bir qarshilikning o'rtacha quvvati 0,72 Vtni tashkil qiladi, lekin lityum quvvat batareyasining zaryadlash jarayoni yoki zaryadsizlanish jarayonidan qat'i nazar, shunt qarshiligi har doim quvvat sarflaydi.
Yoqish-o'chirish kaliti qo'shilishi bilan shunt qarshiligiga asoslangan muvozanatli zaryadlash printsipi 6-rasmda ko'rsatilgan. Yoqish-o'chirish rezistorli muvozanatli zaryadlash va qarshilik shunt muvozanatli zaryadlash o'rtasidagi farq yoqish-o'chirish kalitining qo'shilishidir. Boshqarish tizimining dasturiy ta'minoti tomonidan boshqarilishi mumkin, oddiy mantiqiy sxemalar tomonidan ham amalga oshirilishi mumkin. Ushbu boshqaruv rejimini qo'llaydigan tenglashtirish davri faqat lityum quvvat batareyasini zaryadlashning doimiy kuchlanishli zaryadlash qismida ishlaydi va yoqish-o'chirish tugmasi har doim boshqa vaqtlarda o'chadi, shuning uchun lityum quvvat batareyasi zaryadsizlanganda, shunt qarshiligi ishlamaydi. energiya iste'mol qilish. Ammo bu sxemaning asosiy kamchiligi shundaki, yoqish-o'chirish tugmasi ishlamay qolish darajasi nisbatan yuqori va ortiqcha vositalar talab qilinadi.
