Почему нам необходимо соблюдать баланс?
Из-за различий в процессе производства и используемых материалах, а также из-за различий в температуре, влажности и других условиях окружающей среды во время фактического использования батареи, наблюдаются различия в уровне заряда (SOC) отдельных элементов в батарейном блоке. Разница в уровне заряда наглядно отражается в различном напряжении батарей.
Предположим, что уровень заряда батареи в аккумуляторном блоке выше, чем у других элементов. В процессе зарядки эта батарея будет полностью заряжена первой, в результате чего зарядка других элементов прекратится до достижения номинальной емкости. Аналогично, предположим, что уровень заряда батареи ниже, чем у других элементов. В процессе разрядки она первой достигнет напряжения отсечки разряда, в результате чего у других элементов останется остаточная емкость, которая не может быть высвобождена.;
Следовательно, можно сделать вывод, что батареи — это нечто другое.
1. Определение и значение балансировки батареи
Определение: Балансировка батареи — это использование специальных технологий и методов для достижения относительно стабильного состояния каждой ячейки батареи в аккумуляторном блоке по напряжению, емкости и состоянию, что улучшает производительность и срок службы всего аккумуляторного блока.
Значение: Повышение производительности аккумуляторного блока: Благодаря балансировке можно избежать снижения производительности всего аккумуляторного блока, вызванного ухудшением характеристик отдельных батарей.
Продление срока службы батареи: балансировка позволяет уменьшить разницу напряжений и емкостей между элементами батареи, снизить внутреннее сопротивление батареи и, таким образом, продлить срок ее службы.
Повышение безопасности: балансировка может предотвратить перезаряд или чрезмерный разряд элементов батареи и снизить риск возникновения таких угроз безопасности, как тепловой разгон.
2. Метод балансировки батареи
Ниже в основном представлена функция балансировки BMS. Благодаря функции балансировки BMS можно уменьшить несоответствие между отдельными ячейками батареи и увеличить доступную емкость аккумуляторного блока. В настоящее время основными методами балансировки являются пассивная балансировка (балансировка за счет рассеивания энергии) и активная балансировка (балансировка без рассеивания энергии, балансировка за счет передачи энергии).
Существует два основных метода балансировки батарей: активная и пассивная балансировка.
Активная балансировка: Активная балансировка — это технология, которая обеспечивает балансировку напряжения между элементами батареи за счет передачи энергии. Она позволяет добиться более точной балансировки путем передачи энергии от элемента с большей емкостью к элементу с меньшей емкостью.
Передача энергии может осуществляться с помощью таких технологий, как конденсаторы и трансформаторы. В процессе зарядки, если одна ячейка первой достигает верхнего предела рабочего напряжения, система управления батареей (BMS) идентифицирует ячейку с меньшей емкостью и передает энергию от высоковольтной батареи к низковольтной батарее через балансировочную цепь.
Преимущества: высокое энергопотребление, высокая скорость балансировки, а также возможность повышения общей производительности аккумуляторной батареи.
Недостатки: сложный алгоритм управления и высокая себестоимость производства.
Пассивная балансировка:
Принцип действия: За счет потребления энергии избыточная энергия в высоковольтных или высокоемкостных аккумуляторных элементах рассеивается в виде тепловой энергии, тем самым снижая их напряжение и емкость и обеспечивая баланс между элементами батареи.
Пассивная балансировка (балансировка рассеивания энергии) достигается путем шунтирования параллельного резистора отдельной батареи. Энергия батареи с более высоким уровнем заряда в батарейном блоке расходуется через параллельное сопротивление для достижения баланса с другими батареями в группе.
Типичная пассивная балансировка реализуется следующим образом: напряжение каждой отдельной батареи измеряется в верхнем или нижнем пределе уровня заряда (SOC). Когда напряжение некоторых отдельных батарей превышает среднее напряжение батарейного блока, рассчитывается расчетное время балансировки на основе разницы напряжений или разницы уровней заряда отдельных батарей, после чего включается параллельное сопротивление этих высокоэнергетических батарей, так что часть их энергии расходуется на это параллельное сопротивление, и, наконец, достигается балансировка всей батарейной группы.
Преимущества: простота внедрения и низкая стоимость.
Недостатки: большие потери энергии, низкая скорость балансировки, а также возможное выделение тепла, что приводит к повышению температуры аккумуляторного блока.
3. Процесс балансировки батареи
Процесс балансировки батареи обычно включает следующие этапы:
Обнаружение: С помощью системы управления батареей (BMS) можно определять напряжение, ток, температуру и другие параметры каждой ячейки батареи в аккумуляторном блоке.
Оценка: Определить, существуют ли различия между элементами батареи и степень этих различий на основе результатов обнаружения.
Выполните балансировку: выберите подходящий метод балансировки на основе результатов оценки и выполните операцию балансировки. Для активной балансировки может потребоваться точный расчет количества передаваемой энергии с помощью алгоритма управления; для пассивной балансировки может потребоваться управление временем включения и выключения выключателя для потребления избыточной энергии.
Мониторинг: Необходимо постоянно отслеживать изменения параметров элементов батареи в процессе балансировки для обеспечения эффективности и безопасности операции балансировки.
Завершение балансировки: Когда разница между элементами батареи достигает установленного порогового значения, операция балансировки завершается.
4. Меры предосторожности при балансировке батареи
Выберите подходящий метод балансировки: Выберите подходящий метод балансировки в соответствии с фактической ситуацией и требованиями к производительности аккумуляторной батареи.
Контролируйте скорость и степень балансировки: избегайте повреждения элементов батареи или снижения производительности из-за чрезмерной скорости или степени балансировки.
Контроль параметров батареи: Необходимо постоянно отслеживать изменения таких параметров, как напряжение, ток и температура элементов батареи, в процессе балансировки, чтобы обеспечить безопасность и эффективность операции балансировки.
Предотвращение перегрева: При использовании пассивных методов балансировки необходимо принимать меры для предотвращения перегрева, который может привести к повышению температуры аккумуляторной батареи.
