Hvorfor har vi brug for at balancere?
På grund af forskelle i batteriernes brugsproces og materialer, samt forskelle i temperatur, fugtighed og andre miljøer under selve brugen af batteriet, er der forskelle i SOC'en for de enkelte celler i batteripakken. Forskellen i SOC afspejles intuitivt i batteriernes forskellige spændinger.
Hvis man antager, at SOC'en for et batteri i batteripakken er højere end for andre celler, vil dette batteri først blive fuldt opladet under opladningsprocessen, hvilket får opladningen af andre celler til at stoppe, før den nominelle kapacitet når. På samme måde, hvis man antager, at SOC'en for et batteri er lavere end for andre celler, vil det først nå afladningsafbrydelsesspændingen under afladningsprocessen, hvilket får andre celler til at have restkapacitet, der ikke kan frigives.;
Derfor kan vi drage den konklusion, at batterier er forskellige.
1. Definition og betydning af batteribalancering
Definition: Batteribalancering refererer til brugen af specifikke teknologier og metoder til at få hver battericelle i batteripakken til at nå en relativt ensartet tilstand med hensyn til spænding, kapacitet og tilstand, hvorved hele batteripakkens ydeevne og levetid forbedres.
Betydning: Forbedring af batteripakkens ydeevne: Gennem balancering kan forringelse af hele batteripakkens ydeevne, der forårsages af forringelse af de enkelte batteriers ydeevne, undgås.
Forlæng batteriets levetid: Balancering kan reducere spændings- og kapacitetsforskellene mellem battericeller, reducere batteriets indre modstand og dermed forlænge batteriets levetid.
Forbedre sikkerheden: Balancering kan forhindre overopladning eller overafladning af battericeller og reducere risikoen for sikkerhedsfarer såsom termisk løbskhed.
2. Batteribalanceringsmetode
Følgende introducerer primært BMS-balanceringsfunktionen. Gennem BMS-balanceringsfunktionen kan uoverensstemmelser mellem hver battericelle reduceres, og batteripakkens tilgængelige kapacitet kan øges. De vigtigste balanceringsmetoder, der anvendes i øjeblikket, er passiv balancering (energiafledningsbalancering) og aktiv balancering (ikke-energiafledningsbalancering, energioverførselsbalancering).
Der er to hovedmetoder til batteribalancering: aktiv balancering og passiv balancering.
Aktiv balancering: Aktiv balancering er en teknologi, der opnår spændingsbalancering mellem battericeller ved energioverførsel. Den opnår en mere præcis balancering ved at overføre energi fra en enkelt celle med en højere kapacitet til en enkelt celle med en lavere kapacitet.
Denne overførsel kan opnås gennem teknologier som kondensatorer og transformere. Hvis en enkelt celle under opladningsprocessen først når den øvre grænse for driftsspændingen, vil BMS'en identificere den enkelte celle med en lavere kapacitet og overføre energi fra højspændingsbatteriet til lavspændingsbatteriet via balanceringskredsløbet.
Fordele: høj energiudnyttelse, hurtig afbalanceringshastighed og kan forbedre batteripakkens samlede ydeevne.
Ulemper: kompleks kontrolalgoritme og høje produktionsomkostninger.
Passiv afbalancering:
Princip: Ved energiforbrug afgives overskydende energi i højspændings- eller højkapacitetsbattericeller i form af varmeenergi, hvorved spænding og kapacitet reduceres, og der opnås balance mellem battericellerne.
Passiv balancering (energiafledningsbalancering) opnås ved at kortslutte den parallelle modstand i det enkelte batteri. Energien fra batteriet med en højere ladetilstand i batteripakken forbruges gennem den parallelle modstand for at opnå balance med andre batterier i gruppen.
Typisk passiv balancering implementeres som følger: Spændingen for hvert enkelt batteri måles i den høje eller lave ende af SOC'en. Når spændingen for nogle enkeltbatterier overstiger batteripakkens gennemsnitlige spænding, beregnes den estimerede balanceringstid baseret på spændingsforskellen eller den enkelte SOC-forskel, og derefter tændes parallelmodstanden for disse højenergibatterier, så en del af deres energi forbruges på parallelmodstanden, og endelig opnås balancen for hele batterigruppen.
Fordele: enkel implementering og lave omkostninger.
Ulemper: stort energitab, langsom afbalanceringshastighed og varmegenerering, der kan få batteripakkens temperatur til at stige.
3. Batteribalanceringsproces
Batteribalanceringsprocessen omfatter normalt følgende trin:
Detektion: Registrer spænding, strøm, temperatur og andre parametre for hver battericelle i batteripakken via BMS'en.
Vurdering: Bestem, om der er forskelle mellem battericeller, og graden af forskel baseret på detektionsresultaterne.
Udfør afbalancering: Vælg den passende afbalanceringsmetode baseret på vurderingsresultaterne, og udfør afbalanceringsoperationen. Ved aktiv afbalancering kan det være nødvendigt at beregne mængden af energioverførsel nøjagtigt via styrealgoritmen; ved passiv afbalancering kan det være nødvendigt at styre tænd- og sluk-tidspunktet for kontakten for at forbruge overskydende energi.
Overvågning: Overvåg løbende parameterændringerne i battericellerne under afbalanceringsprocessen for at sikre effektiviteten og sikkerheden af afbalanceringsoperationen.
Afslut balancering: Når forskellen mellem battericellerne når den indstillede tærskel, afsluttes balanceringen.
4. Forholdsregler ved batteribalancering
Vælg den passende afbalanceringsmetode: Vælg den passende afbalanceringsmetode i henhold til den faktiske situation og batteripakkens ydeevnekrav.
Kontroller balanceringshastigheden og -graden: Undgå beskadigelse af battericellerne eller forringelse af ydeevnen på grund af for høj balanceringshastighed eller for høj grad.
Overvåg batteriparametre: Overvåg løbende ændringer i parametre som spænding, strøm og temperatur i battericellerne under afbalanceringsprocessen for at sikre sikkerheden og effektiviteten af afbalanceringsoperationen.
Forebyggelse af varmeophobning: Ved passive afbalanceringsmetoder skal der træffes foranstaltninger for at forhindre varmeophobning, der kan forårsage, at batteripakkens temperatur stiger.
