Na czym polega równoważenie ogniw w bateriach?

Aktywne i pasywne równoważenie – dwie technologie równoważenia

Obecnie pojazdy elektryczne wykorzystują zazwyczaj akumulatory litowo-jonowe. Pojemność i napięcie poszczególnych ogniw są bardzo zróżnicowane, co może powodować wahania napięcia podczas ładowania i rozładowywania, co skraca zasięg pojazdów elektrycznych i wpływa na żywotność akumulatora. Obecnie Akumulator zasilający W pojazdach elektrycznych powszechnie stosowany jest akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy.

Prowadzi to do skrócenia zasięgu jazdy pojazdów elektrycznych

Ponieważ akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy jest akumulatorem wtórnym, podczas ładowania i rozładowywania może wystąpić nierównomierność napięcia. Wynika to z różnej rezystancji wewnętrznej i rezystywności akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych. Aby rozwiązać ten problem, konieczne jest zrównoważenie poszczególnych ogniw, aby zminimalizować nierównomierność napięcia wewnętrznego.partnerle. Obecnie powszechnie stosuje się dwie metody bilansowania: bilansowanie aktywne i bilansowanie pasywne.

Należy zachować równowagę poszczególnych komórek.

Aktywne równoważenie polega na wykorzystaniu struktury obwodu składającej się z układu i układu sterującego. W przeciwieństwie do pasywnego równoważenia, aktywne równoważenie nie wymaga zmiany stanu żadnego innego urządzenia ani komponentu i charakteryzuje się prostotą wdrożenia, niskim kosztem i brakiem wpływu na akumulator.

Proste, tanie i nieobciążające akumulatora.

Jednak ze względu na duże różnice rezystancji i pojemności między pojedynczymi ogniwami, aktywny układ równoważący musi przekształcić napięcie każdego ogniwa na jednolitą wartość za pomocą transformatora, co wymaga dodania zestawu urządzeń przełączających pomiędzy lampą przełączającą, transformatorem i układem sterującym. Ponadto, ponieważ każde ogniwo musi być synchronicznie próbkowane i sterowane, struktura układu jest bardziej złożona, a koszt wyższy.

Wymaga to dodania zestawu urządzeń przełączających zasilanie pomiędzy lampą przełączającą, transformatorem i układem sterującym.

Pasywne równoważenie polega na konwersji napięcia każdego ogniwa bez zmiany stanu baterii, a następnie porównaniu przekonwertowanych wartości napięcia. Metoda ta polega głównie na wykrywaniu różnicy między napięciami poszczególnych ogniw.

 

Porównanie przeliczonych wartości napięcia

W porównaniu z aktywnym równoważeniem, pasywne równoważenie wymaga zmiany stanu innych urządzeń lub komponentów, co zwiększa złożoność i koszt układu. Ponadto, ponieważ do osiągnięcia równowagi konieczne jest wykrycie różnicy napięć w każdym ogniwie, wymagany jest dodatkowy system akwizycji; do pomiaru rezystancji wewnętrznej i rezystywności ogniwa wymagany jest również moduł akwizycji energii.

Ponadto, ponieważ w celu uzyskania równowagi konieczne jest wykrycie różnicy napięcia w każdej celi, wymagany jest dodatkowy system akwizycji

Ponieważ konieczne jest zmierzenie napięcia i rezystancji wewnętrznej każdej celi, konieczny jest także układ sterowania.

Technologia równowagi polega na dostosowywaniu różnicy napięć między ogniwami w celu zniwelowania nierównomiernego napięcia, pojemności, rezystancji i innych parametrów generowanych przez akumulator podczas procesu ładowania i rozładowywania z dużych na małe, aby akumulator pracował w najlepszym stanie i ograniczyć problemy, takie jak skrócona żywotność akumulatora spowodowana różnicami w wydajności ogniw.

Napięcie, pojemność, rezystancja i inne parametry

Ze względu na prostą konstrukcję i niski koszt tradycyjnej technologii pasywnego równoważenia, jest to obecnie główna metoda równoważenia akumulatora pojazdów elektrycznych.

Prosta konstrukcja i niski koszt

Technologia aktywnego równoważenia ładuje lub rozładowuje ogniwa tak, aby różnica napięć między nimi osiągnęła zadaną wartość lub utrzymywała ją w określonym zakresie, maksymalizując wydajność akumulatorów litowo-jonowych. Najczęściej stosowaną technologią aktywnego równoważenia jest technologia szeregowo-równoległa.

Aby zmaksymalizować wydajność akumulatorów litowo-jonowych, należy sprawić, aby różnica napięć w każdej pojedynczej celi osiągnęła ustaloną wartość lub utrzymywała się w określonym zakresie.

W układzie szeregowym każde ogniwo pracuje samodzielnie, ale gdy akumulator litowo-jonowy jest w pełni naładowany, pojedynczy akumulator pozostaje w stanie stabilnym, czyli w tzw. „okresie spoczynku”. W tym czasie napięcie w akumulatorze nie zmienia się i pozostaje stałe.

Jednakże, gdy akumulator litowo-jonowy jest w pełni naładowany, pojedynczy akumulator pozostanie w stanie stabilnym

Gdy pojemność pojedynczego ogniwa w akumulatorze spadnie do określonej wartości, spowoduje to spadek napięcia pozostałych pojedynczych ogniw, a nawet przejście w stan „ładowania podtrzymującego”. Gdy wszystkie pojedyncze ogniwa znajdują się w tym „okresie spoczynku”, napięcie w akumulatorze pozostanie na stałym poziomie.

Pojemność baterii

Technologia pasywnego równoważenia wykorzystuje ciepło generowane przez akumulatory litowo-jonowe podczas ładowania i rozładowywania, aby zapewnić równoważenie. Technologia pasywnego równoważenia nie wymaga żadnego wkładu energii i zapewnia równoważenie poprzez monitorowanie zmian temperatury wewnątrz akumulatora litowo-jonowego.

Podgrzewaj, aby osiągnąć równowagę

Gdy akumulatory litowo-jonowe podczas pracy generują ciepło, technologia aktywnego równoważenia pozwala na ich szybkie i skuteczne schłodzenie.

Technologia aktywnego równoważenia pozwala na szybkie i skuteczne schłodzenie.

Technologia pasywnego równoważenia pozwala utrzymać akumulator w stabilnym stanie przez cały czas. W przypadku awarii jednego ogniwa akumulatora, pozostałe ogniwa mogą nadal działać normalnie;

Awaria pojedynczego ogniwa akumulatora nie ma wpływu na pozostałe. Technologia aktywnego równoważenia wymaga, aby wszystkie pojedyncze ogniwa w całym akumulatorze były podłączone do obwodu w celu ładowania lub rozładowywania.

Druga pojedyncza komórka nie będzie dotknięta

Zaletami technologii aktywnego równoważenia są prosta konstrukcja, niskie koszty, wysoka wydajność ładowania i rozładowywania oraz wysokie wykorzystanie energii; wadą jest fakt, że żywotność akumulatora w dużym stopniu zależy od liczby ogniw.

Prosta konstrukcja, niskie koszty, wysoka wydajność ładowania i rozładowywania, wysokie wykorzystanie energii

Technologia pasywnego równoważenia pozwala na podłączenie wszystkich pojedynczych ogniw w akumulatorze do obwodu w celu przeprowadzenia operacji ładowania lub rozładowywania w dowolnym momencie. Dzięki temu równoważenie jest możliwe również wtedy, gdy w akumulatorze znajduje się wiele niespójnych ogniw.

Technologia aktywnego wyważania ma złożoną strukturę i jest kosztowna; technologia pasywnego wyważania charakteryzuje się prostą strukturą i niskim kosztem. Technologia aktywnego wyważania jest znacznie bardziej skomplikowana w zarządzaniu akumulatorami niż technologia pasywna.

Prosta struktura techniczna i niskie koszty

Technologia aktywnego równoważenia wymaga zbierania informacji, takich jak napięcie, prąd, temperatura itp., dla każdej celi, podczas gdy technologia pasywnego równoważenia w celu osiągnięcia zrównoważenia wymaga zbierania informacji tylko o jednej celi w akumulatorze.

Napięcie, prąd, temperatura, itp.

ï¼›

Połączenie aktywnego i pasywnego wyważania w akumulatorach pojazdów elektrycznych może skutecznie rozwiązać problem niespójności między ogniwami, wydłużając tym samym żywotność akumulatora. W niniejszym artykule wykorzystano technologię aktywnego wyważania do wyważania ogniw akumulatorów litowo-jonowych.

Może skutecznie rozwiązać problem niespójności między komórkami

Aktywny układ sterowania balansem składa się z kontrolera głównego, pasywnego układu balansującego oraz modułu akwizycji sygnału. Kontroler główny stanowi rdzeń całego systemu. Jego funkcją jest kontrola stanu pracy pasywnego układu balansującego, zbieranie i przetwarzanie informacji o napięciu i pojemności akumulatora oraz dokonywanie ocen i sterowanie.

Główny kontroler, pasywny obwód równoważący, moduł akwizycji sygnału

Pasywny układ równoważący składa się z przełącznika równoważącego, dwukierunkowego sterownika IGBT itp. Jego główną funkcją jest sterowanie i izolowanie ogniw w pakiecie akumulatorowym za pomocą jednokierunkowego tranzystora IGBT w celu realizacji dwukierunkowego przesyłu energii, tak aby napięcie i pojemność ogniw w pakiecie akumulatorowym były jak najbardziej zbliżone.

Przełącznik balansu, dwukierunkowy sterownik IGBT, itp.

Pojedyncze ogniwa w akumulatorze mają początkowy stan naładowania (SOC). Podczas użytkowania, pojedyncze ogniwa starzeją się i ulegają uszkodzeniu w pewnym stopniu, co powoduje zmianę stanu naładowania. W zależności od zmiany stanu naładowania, akumulator można podzielić na cztery kategorie: normalny, sprawny, zużyty i niesprawny.

Powodują zmiany wartości SOC

Ponieważ wartość SOC każdego typu akumulatora jest inna, aby lepiej zarządzać każdym ogniwem w pakiecie, można zastosować technologię aktywnego balansowania. W aktywnym balansowaniu, ponieważ pasywny obwód balansujący działa jednokierunkowo, pakiet akumulatorów można podzielić na dwie lub więcej grup w celu kontroli.

Aby lepiej zarządzać każdą pojedynczą celą w akumulatorze

Gdy grupa pojedynczych ogniw jest w dobrym stanie (wartość SOC jest bliska 1), bateria jest izolowana od akumulatora; gdy grupa pojedynczych ogniw jest w złym stanie (wartość SOC jest mniejsza niż 1), bateria jest izolowana od akumulatora.

(Wartość SOC jest bliska 1)

(Wartość SOC jest mniejsza niż 1)

Bazując na podstawowej zasadzie działania technologii aktywnego równoważenia i obecnym wykorzystaniu akumulatorów pojazdów elektrycznych, można zastosować następujące metody w celu osiągnięcia zrównoważonej kontroli nad poszczególnymi ogniwami w zestawie akumulatorów:

Technologia aktywnego równoważenia

(1) Metoda przesyłu prądu. Metoda ta polega na rozłożeniu napięcia poszczególnych ogniw zgodnie ze zmianą napięcia w układzie akumulatora i odchyleniem między napięciami poszczególnych ogniw.

Zmiana napięcia

Metoda transferu prądu pozwala na odizolowanie niesprawnych akumulatorów, zapobiegając nadmiernemu nagromadzeniu się wartości SOC na jednym ogniwie i wpływając na wartości napięcia w innych ogniwach. Metoda ta wymaga dodatkowego obwodu do realizacji funkcji transferu prądu.

Wartość SOC jest mniejsza niż 1

Ta metoda kontroluje napięcie pojedynczego akumulatora w pakiecie akumulatorowym poprzez konwersję napięcia pojedynczego, uszkodzonego ogniwa do określonego poziomu napięcia. Metoda ta wymaga dodatkowego układu konwersji, który jest zazwyczaj stosowany w szeregowych pakietach akumulatorowych.

Układ konwersji

(2) Metoda sterowania mocą. Ta metoda kontroluje napięcie niesprawnego pojedynczego akumulatora poprzez sterowanie mocą sprawnych ogniw odizolowanych od pojedynczego akumulatora. Ta metoda może wykorzystywać obwód sterujący do pełnej kontroli napięcia wszystkich pojedynczych akumulatorów w pakiecie.

Układ sterujący może zapewnić pełną kontrolę napięcia wszystkich pojedynczych akumulatorów w pakiecie akumulatorów

(3) Metoda przełączania równoważącego. Ta metoda kontroluje napięcie każdej pojedynczej baterii w zestawie akumulatorów zasilających zgodnie z odchyleniem napięcia między nimi, tak aby osiągnąć stałą wartość, zapewniając w ten sposób ten sam poziom napięcia każdej pojedynczej baterii w każdym pojedynczym zestawie akumulatorów zasilających w warunkach braku równowagi.

Wartość stała

Metoda ta pozwala kontrolować napięcie uszkodzonych i niesprawnych pojedynczych akumulatorów zgodnie z charakterystyką pracy różnych typów akumulatorów litowo-jonowych.

Z punktu widzenia konstrukcji, pasywne równoważenie polega na szeregowym łączeniu ogniw akumulatora o różnej mocy w celu osiągnięcia równowagi napięcia i pojemności akumulatora; z kolei aktywne równoważenie polega na szeregowym łączeniu ogniw akumulatora o różnej mocy w celu osiągnięcia równowagi pojemności i napięcia.

Połączenie szeregowe

Aktywna struktura równoważenia jest prosta i tania, jednak wymaga zewnętrznego źródła energii, co zwiększa koszty i objętość, a ze względu na niestabilne napięcie w akumulatorze łatwo jest spowodować jego niezrównoważenie;

Koszt jest niski,

Pasywna struktura równoważąca jest prosta i droga, ale straty energii są niewielkie, objętość jest mała, nie występują straty mechaniczne, a wpływ na wydajność samego akumulatora jest niewielki.

Strata energii jest niewielka, objętość jest niewielka, nie ma strat mechanicznych, a wpływ na wydajność samego akumulatora jest niewielki.

Z punktu widzenia struktury obwodu, struktura pasywnego obwodu równoważącego jest prosta, a ten sam układ scalony może być użyty do równomiernego sterowania zestawem akumulatorów, co jest łatwe w utrzymaniu. Natomiast struktura aktywnego obwodu równoważącego jest złożona, ponieważ wymaga zewnętrznego źródła energii do przesyłu energii i kontroli równowagi wyjściowej, więc łatwo o wystąpienie nieprawidłowych warunków, takich jak nadmierne lub zbyt niskie napięcie podczas przesyłu energii.

Ten sam układ może być używany do jednolitego sterowania pakietem baterii

Pojazdy napędzane nowymi źródłami energii są dla mojego kraju strategiczną gałęzią przemysłu, na której rozwoju koncentruje się większość krajów. Są one ważną siłą napędową umożliwiającą osiągnięcie celów „dwóch stuleci” i spełnienie chińskiego marzenia o wielkim odrodzeniu narodu chińskiego. Jednak niosą ze sobą również pewne problemy, których nie można ignorować.

Ważną siłą celów „dwóch stuleci” i chińskiego marzenia o wielkim odrodzeniu narodu chińskiego

Na przykład, stosowanie akumulatorów do pojazdów o nowej energii jest podatne na problemy z niespójnością, co poważnie wpływa na ich żywotność. Aby rozwiązać ten problem, prowadzone są dwa główne kierunki badań:

Z jednej strony, konieczne jest opracowanie nowego systemu równoważenia baterii. Analizując zasadę działania, strukturę obwodów, strategię sterowania itp. systemu równoważenia baterii, należy zidentyfikować czynniki wpływające na równoważenie baterii i rozwiązać te problemy. Jednocześnie należy zbadać wpływ nierównomierności naładowania baterii na żywotność akumulatorów i wydłużyć jej żywotność.

Analizując zasadę działania, strukturę obwodu, strategię sterowania itp. układu równoważenia baterii, znajdź czynniki wpływające na równoważenie baterii i rozwiąż je

Dzięki analizie i przetwarzaniu danych eksploatacyjnych pojazdów elektrycznych, akumulator jest inteligentnie zarządzany. Ładowanie lub rozładowywanie akumulatora odbywa się w zależności od sytuacji, aby zapewnić jego optymalne działanie. Jednocześnie, analizując i przetwarzając dane z akumulatora, algorytm SOC oraz strategia ładowania i rozładowywania służą do kontroli równowagi akumulatora w czasie rzeczywistym.

Upewnij się, że akumulator zasilający działa optymalnie

Aktywne i pasywne wyważanie to dwa skuteczne sposoby rozwiązania problemu niestabilnej mocy akumulatorów. Aktywne wyważanie ma lepsze parametry robocze, ale struktura obwodu jest złożona i kosztowna; pasywna struktura obwodu wyważania jest prosta, ale podatna na wpływ innych czynników i charakteryzuje się niską stabilnością pracy.

Struktura układu jest skomplikowana, a koszt wysoki; struktura układu pasywnego równoważenia jest prosta, lecz jest podatna na wpływ innych czynników i charakteryzuje się słabą stabilnością pracy.

W porównaniu z systemem BMS opartym na pasywnym wyważaniu, system BMS oparty na aktywnym wyważaniu ma przewagę cenową. Dlatego zastosowanie technologii aktywnego wyważania w pojazdach elektrycznych może przynieść większe korzyści ekonomiczne.