В съвременната технология за батерии често срещаме термина 'балансиране на батерията'. Но какво означава това? Основната причина се крие в производствения процес и материалите, използвани в батериите, които водят до разлики между отделните клетки в един батериен пакет. Тези разлики се влияят и от средата, в която работят батериите, като температура и влажност. Тези вариации обикновено се проявяват като разлики в напрежението на батерията. Освен това, батериите естествено се саморазреждат поради отделянето на активния материал от електродите и потенциалната разлика между плочите. Степента на саморазреждане може да варира при различните батерии поради разликите в производствените процеси.
Нека илюстрираме това с пример: Да предположим, че в пакет батерии една клетка има по-високо ниво на заряд (SOC) от останалите. По време на процеса на зареждане тази клетка първа ще достигне пълен заряд, което ще накара останалите клетки, които все още не са напълно заредени, да спрат да се зареждат преждевременно. Обратно, ако една клетка има по-нисък SOC, тя ще достигне напрежението на прекъсване на разряда първо по време на разреждането, предотвратявайки пълното освобождаване на останалите клетки от съхранената им енергия.
Това показва, че разликите между батерийните клетки не могат да бъдат пренебрегнати. Въз основа на това разбиране възниква необходимостта от балансиране на батерията. Технологията за балансиране на батерията има за цел да минимизира или елиминира разликите между отделните клетки чрез технически интервенции, за да оптимизира цялостната производителност на батерията и да удължи нейния живот. Балансирането на батерията не само подобрява цялостната ефективност на батерията, но и значително удължава живота на батерията. Следователно разбирането на същността и значението на балансирането на батерията е от решаващо значение за оптимизиране на използването на енергия.
Определение: Балансирането на батерията се отнася до използването на специфични техники и методи, за да се гарантира, че всяка отделна клетка в батерията поддържа постоянно напрежение, капацитет и работни условия. Този процес е насочен към оптимизиране на производителността на батерията и увеличаване на нейния живот чрез техническа намеса.
Важно: Първо, балансирането на батерията може значително да подобри производителността на целия комплект батерии. Чрез балансиране може да се избегне влошаване на производителността, причинено от влошаване на отделните клетки. Второ, балансирането помага за удължаване на живота на батерията чрез намаляване на разликите в напрежението и капацитета между клетките и понижаване на вътрешното съпротивление, което ефективно удължава живота на батерията. И накрая, от гледна точка на безопасността, прилагането на балансиране на батерията може да предотврати презареждането или прекомерното разреждане на отделните клетки, намалявайки потенциалните рискове за безопасността, като термично изпускане.
Дизайн на батерията: За да се справят с несъответствието в производителността между отделните клетки, големите производители на батерии непрекъснато обновяват и оптимизират области като дизайн на батерията, сглобяване, избор на материал, контрол на производствения процес и поддръжка. Тези усилия включват подобряване на дизайна на клетката, оптимизиране на дизайна на опаковката, подобряване на контрола на процеса, стриктно подбиране на суровини, засилване на мониторинга на производството и подобряване на условията за съхранение.
на BMS (Система за наблюдение на батерията) : Функция за балансиране Чрез регулиране на разпределението на енергията между отделните клетки, BMS намалява несъответствието и увеличава използваемия капацитет и продължителността на живота на батерията. Има два основни метода за постигане на балансиране в BMS: пасивно балансиране и активно балансиране.
Пасивното балансиране, известно също като балансиране на разсейване на енергия, работи чрез освобождаване на излишната енергия от клетки с по-високо напрежение или капацитет под формата на топлина, като по този начин намалява тяхното напрежение и капацитет, за да съответстват на други клетки. Този процес разчита главно на паралелни резистори, свързани към отделните клетки, за да шунтират излишната енергия.
Когато една клетка има по-висок заряд от другите, излишната енергия се разсейва през паралелния резистор, постигайки баланс с другите клетки. Поради своята простота и ниска цена, пасивното балансиране се използва широко в различни акумулаторни системи. Въпреки това, той има недостатъка на значителна загуба на енергия, тъй като енергията се разсейва като топлина, вместо да се използва ефективно. Инженерите обикновено ограничават балансиращия ток до ниско ниво (около 100mA). За да се опрости структурата, процесът на балансиране споделя един и същ кабелен сноп с процеса на събиране и двата работят последователно. Въпреки че този дизайн намалява сложността и цената на системата, той също води до по-ниска ефективност на балансиране и по-дълго време за постигане на забележими резултати. Има два основни вида пасивно балансиране: фиксирани шунтови резистори и превключвани шунтови резистори. Първият свързва фиксиран шунт за предотвратяване на презареждане, докато вторият прецизно контролира превключването, за да разсее излишната енергия.
Активното балансиране, от друга страна, е по-ефективен метод за управление на енергията. Вместо да разсейва излишната енергия, той прехвърля енергия от клетки с по-висок капацитет към тези с по-нисък капацитет, използвайки специално проектирани вериги, които включват компоненти като индуктори, кондензатори и трансформатори. Това не само балансира напрежението между клетките, но също така увеличава общата степен на използване на енергията.
Например, по време на зареждане, когато клетката достигне горната си граница на напрежение, BMS активира механизма за активно балансиране. Той идентифицира клетки с относително по-нисък капацитет и прехвърля енергия от клетката с високо напрежение към тези клетки с ниско напрежение чрез внимателно проектирана балансираща верига. Този процес е както прецизен, така и ефективен, като значително подобрява производителността на батерията.
Както пасивното, така и активното балансиране играят критична роля за увеличаване на използваемия капацитет на батерията, удължаване на нейния живот и подобряване на цялостната ефективност на системата.
Когато се сравняват технологиите за пасивно и активно балансиране, става ясно, че те се различават значително в своята философия на проектиране и изпълнение. Активното балансиране обикновено включва сложни алгоритми за изчисляване на точното количество енергия за прехвърляне, докато пасивното балансиране разчита повече на точното контролиране на времето на операциите на превключвателя за разсейване на излишната енергия.
По време на процеса на балансиране системата непрекъснато следи промените в параметрите на всяка клетка, за да гарантира, че операциите по балансиране са не само ефективни, но и безопасни. След като разликите между клетките попаднат в рамките на предварително определен приемлив диапазон, системата ще прекрати операцията по балансиране.
Чрез внимателно избиране на подходящия метод за балансиране, стриктно контролиране на скоростта и степента на балансиране и ефективно управление на топлината, генерирана по време на процеса на балансиране, производителността и продължителността на живота на батерията могат да бъдат значително подобрени.
