Í nútíma rafhlöðutækni lendum við oft í hugtakinu „rafhlöðujöfnun“. En hvað þýðir það? Orsökin liggur í framleiðsluferlinu og efnum sem notuð eru í rafhlöður, sem leiða til mismunandi einstakra frumna í rafhlöðupakka. Þessi munur hefur einnig áhrif á umhverfið sem rafhlöðurnar starfa í, svo sem hitastigi og rakastigi. Þessi afbrigði birtast venjulega sem munur á rafhlöðuspennu. Að auki upplifa rafhlöður náttúrulega sjálfsafhleðslu vegna þess að virkt efni losnar frá rafskautunum og hugsanlegum mun á plötunum. Sjálfsafhleðsluhraði getur verið mismunandi eftir rafhlöðum vegna mismunandi framleiðsluferla.
Við skulum útskýra þetta með dæmi: Segjum að í rafhlöðupakka hafi ein fruma hærra hleðsluástand (SOC) en hinar. Meðan á hleðsluferlinu stendur mun þessi klefi ná fullri hleðslu fyrst, sem veldur því að restin af frumunum sem eru ekki enn fullhlaðinar hætta að hlaða of snemma. Aftur á móti, ef ein fruma er með lægri SOC, mun hún ná afhleðsluspennu sinni fyrst á meðan á losun stendur, sem kemur í veg fyrir að hinar frumurnar losi að fullu geymda orku sína.
Þetta sýnir að ekki er hægt að hunsa mun á rafhlöðufrumum. Byggt á þessum skilningi kemur upp þörfin fyrir jafnvægi rafhlöðu. Rafhlöðujöfnunartækni miðar að því að lágmarka eða útrýma muninum á einstökum frumum með tæknilegum inngripum til að hámarka heildarafköst rafhlöðupakkans og lengja líftíma hans. Rafhlöðujafnvægi bætir ekki aðeins skilvirkni rafhlöðupakkann í heild, heldur lengir það endingartíma rafhlöðunnar verulega. Þess vegna er mikilvægt að skilja kjarna og mikilvægi jafnvægis rafhlöðu til að hámarka orkunýtingu.
Skilgreining: Rafhlöðujöfnun vísar til þess að nota sérstakar aðferðir og aðferðir til að tryggja að hver einstök fruma í rafhlöðupakka haldi stöðugri spennu, getu og rekstrarskilyrðum. Þetta ferli miðar að því að hámarka afköst rafhlöðunnar og hámarka líftíma hennar með tæknilegum inngripum.
Mikilvægi: Í fyrsta lagi getur jafnvægi rafhlöðunnar bætt afköst alls rafhlöðupakkans verulega. Með jafnvægi er hægt að forðast skerðingu á frammistöðu af völdum hnignunar einstakra frumna. Í öðru lagi hjálpar jafnvægi að lengja líftíma rafhlöðupakkans með því að draga úr spennu- og afkastagetumun milli frumna og lækka innri viðnám, sem lengir endingu rafhlöðunnar í raun. Að lokum, frá öryggissjónarmiði, getur innleiðing rafhlöðujafnvægis komið í veg fyrir ofhleðslu eða ofhleðslu einstakra frumna og dregið úr hugsanlegri öryggisáhættu eins og hitauppstreymi.
Rafhlöðuhönnun: Til að bregðast við ósamræmi í frammistöðu milli einstakra frumna, gera helstu rafhlöðuframleiðendur stöðugt nýsköpun og hagræðingu á sviðum eins og rafhlöðuhönnun, samsetningu, efnisvali, framleiðsluferlisstýringu og viðhaldi. Þessar viðleitni felur í sér að bæta frumuhönnun, fínstilla pakkningahönnun, auka stjórnun á ferli, velja strangt hráefni, efla framleiðslueftirlit og bæta geymsluaðstæður.
BMS (Battery Monitoring System) jafnvægisaðgerð: Með því að stilla orkudreifingu milli einstakra frumna dregur BMS úr ósamræmi og eykur nothæfa afkastagetu og endingu rafhlöðupakkans. Það eru tvær meginaðferðir til að ná jafnvægi í BMS: óvirkt jafnvægi og virkt jafnvægi.
Óvirk jafnvægi, einnig þekkt sem orkudreifingarjöfnun, virkar með því að losa umframorku frá frumum með hærri spennu eða afkastagetu í formi hita og dregur þannig úr spennu þeirra og getu til að passa við aðrar frumur. Þetta ferli byggir aðallega á samhliða viðnámum sem tengjast einstökum frumum til að shunta umframorku.
Þegar fruma er með hærri hleðslu en önnur, er umframorkan dreifð í gegnum samhliða viðnámið, þannig að jafnvægi næst við hinar frumurnar. Vegna einfaldleika og lágs kostnaðar er óvirkt jafnvægi mikið notað í ýmsum rafhlöðukerfum. Hins vegar hefur það þann galla að það er verulegt orkutap, þar sem orkan dreifist sem varmi frekar en að hún nýtist á áhrifaríkan hátt. Verkfræðingar takmarka venjulega jafnvægisstrauminn við lágt stig (um 100mA). Til að einfalda uppbyggingu, deilir jafnvægisferlið sömu raflögn með söfnunarferlinu og þeir tveir starfa til skiptis. Þó að þessi hönnun dragi úr kerfisflækju og kostnaði, leiðir hún einnig til minni jafnvægisskilvirkni og lengri tíma til að ná áberandi árangri. Það eru tvær megingerðir óvirkrar jafnvægisstillingar: föst shunt viðnám og skipt shunt viðnám. Sá fyrrnefndi tengir fastan shunt til að koma í veg fyrir ofhleðslu, en sá síðarnefndi stjórnar nákvæmlega rofanum til að dreifa umframorku.
Virk jafnvægi er aftur á móti skilvirkari orkustjórnunaraðferð. Í stað þess að dreifa umframorku, flytur það orku frá frumum með meiri afkastagetu til þeirra sem hafa minni afkastagetu með því að nota sérhannaðar rafrásir sem innihalda íhluti eins og inductors, þétta og spennubreyta. Þetta jafnar ekki aðeins spennuna milli frumna heldur eykur einnig heildarorkunýtingarhraða.
Til dæmis, meðan á hleðslu stendur, þegar fruma nær efri spennumörkum sínum, virkjar BMS virka jafnvægiskerfið. Það auðkennir frumur með tiltölulega lægri afkastagetu og flytur orku frá háspennufrumunni til þessara lágspennufrumna í gegnum vandlega hönnuð jafnvægisrás. Þetta ferli er bæði nákvæmt og skilvirkt og eykur afköst rafhlöðupakkans til muna.
Bæði óvirk og virk jafnvægi gegna mikilvægu hlutverki við að auka nothæfa afkastagetu rafhlöðupakkans, lengja líftíma hans og bæta heildar skilvirkni kerfisins.
Þegar verið er að bera saman óvirka og virka jafnvægistækni kemur í ljós að þær eru verulega ólíkar í hönnunarheimspeki og framkvæmd. Virk jafnvægi felur venjulega í sér flókna reiknirit til að reikna út nákvæmlega magn orku sem á að flytja, en óvirk jafnvægi byggir meira á því að stjórna nákvæmri tímasetningu rofaaðgerða til að dreifa umframorku.
Í gegnum jafnvægisferlið fylgist kerfið stöðugt með breytingum á breytum hvers fruma til að tryggja að jafnvægisaðgerðirnar séu ekki aðeins árangursríkar heldur einnig öruggar. Þegar munurinn á milli frumna er innan fyrirfram skilgreinds viðunandi sviðs mun kerfið hætta jafnvægisaðgerðinni.
Með því að velja vandlega viðeigandi jafnvægisaðferð, stranglega stjórna jafnvægishraða og gráðu og stjórna hitanum sem myndast við jafnvægisferlið á áhrifaríkan hátt, er hægt að bæta afköst og líftíma rafhlöðupakkans verulega.
