У сучасній акумуляторній техніці ми часто зустрічаємо термін 'балансування батареї'. Але що це означає? Основна причина полягає у виробничому процесі та матеріалах, які використовуються в акумуляторах, що призводить до відмінностей між окремими елементами всередині акумуляторної батареї. На ці відмінності також впливає середовище, в якому працюють батареї, наприклад температура та вологість. Ці зміни зазвичай проявляються як різниця в напрузі батареї. Крім того, батареї природно саморозряджаються внаслідок від’єднання активного матеріалу від електродів і різниці потенціалів між пластинами. Швидкість саморозряду може відрізнятися для різних батарей через відмінності у виробничих процесах.
Проілюструємо це на прикладі: припустімо, що в акумуляторній батареї один елемент має вищий рівень заряду (SOC), ніж інші. Під час процесу заряджання цей елемент першим досягне повного заряду, в результаті чого решта елементів, які ще не повністю заряджені, припиняють зарядку передчасно. І навпаки, якщо одна комірка має нижчий SOC, вона спочатку досягне своєї напруги відсікання розряду під час розряду, не даючи іншим коміркам повністю вивільнити свою накопичену енергію.
Це демонструє, що відмінності між елементами батареї не можна ігнорувати. Виходячи з цього розуміння, виникає необхідність балансування батареї. Технологія балансування батареї спрямована на мінімізацію або усунення відмінностей між окремими елементами за допомогою технічних втручань для оптимізації загальної продуктивності батареї та продовження терміну її служби. Балансування батареї не тільки покращує загальну ефективність акумуляторної батареї, але й значно подовжує термін служби батареї. Тому розуміння сутності та важливості балансування батареї має вирішальне значення для оптимізації використання енергії.
Визначення: Балансування батареї означає використання певних прийомів і методів для забезпечення постійної напруги, ємності та робочих умов кожного окремого елемента батареї. Цей процес спрямований на оптимізацію роботи батареї та максимізацію терміну її служби за допомогою технічного втручання.
Важливість: по-перше, балансування батареї може значно покращити продуктивність усієї батареї. Завдяки балансуванню можна уникнути зниження продуктивності, спричиненого псуванням окремих елементів. По-друге, балансування допомагає подовжити термін служби акумуляторної батареї за рахунок зменшення різниці напруги та ємності між осередками та зниження внутрішнього опору, що фактично подовжує термін служби батареї. Нарешті, з точки зору безпеки, впровадження балансування батареї може запобігти перезарядженню або надмірному розрядженню окремих елементів, зменшуючи потенційні ризики для безпеки, такі як перегрівання.
Конструкція батареї: Щоб усунути невідповідність продуктивності окремих елементів, великі виробники батареї постійно впроваджують інновації та оптимізують такі аспекти, як конструкція батареї, збірка, вибір матеріалів, контроль виробничого процесу та обслуговування. Ці зусилля включають удосконалення конструкції камери, оптимізацію дизайну упаковки, покращення контролю процесу, суворий відбір сировини, посилення моніторингу виробництва та покращення умов зберігання.
BMS (Система моніторингу батареї) : Функція балансування регулюючи розподіл енергії між окремими елементами, BMS зменшує неузгодженість і збільшує корисну ємність і термін служби батареї. Є два основні методи досягнення балансування в BMS: пасивне балансування та активне балансування.
Пасивне балансування, також відоме як балансування розсіювання енергії, працює шляхом вивільнення надлишкової енергії з елементів з вищою напругою або ємністю у вигляді тепла, таким чином зменшуючи їх напругу та ємність, щоб відповідати іншим елементам. Цей процес в основному залежить від паралельних резисторів, підключених до окремих комірок для шунтування надлишкової енергії.
Коли клітина має вищий заряд, ніж інші, надлишок енергії розсіюється через паралельний резистор, досягаючи балансу з іншими клітинами. Завдяки своїй простоті і дешевизні пасивне балансування широко використовується в різних акумуляторних системах. Однак він має недолік — значні втрати енергії, оскільки енергія розсіюється як тепло, а не ефективно використовується. Інженери зазвичай обмежують балансуючий струм до низького рівня (близько 100 мА). Щоб спростити структуру, процес балансування використовує той самий джгут проводів, що й процес збирання, і обидва працюють по черзі. Хоча така конструкція зменшує складність системи та вартість, вона також призводить до зниження ефективності балансування та більш тривалого часу для досягнення помітних результатів. Існує два основних типи пасивного балансування: фіксовані шунтові резистори та перемикаючі шунтові резистори. Перший підключає фіксований шунт, щоб запобігти перезарядженню, а другий точно контролює перемикання, щоб розсіювати надлишкову енергію.
З іншого боку, активне балансування є більш ефективним методом управління енергією. Замість того, щоб розсіювати надлишкову енергію, він передає енергію від елементів з більшою ємністю до тих з меншою за допомогою спеціально розроблених схем, які включають такі компоненти, як котушки індуктивності, конденсатори та трансформатори. Це не тільки врівноважує напругу між осередками, але й підвищує загальний рівень використання енергії.
Наприклад, під час зарядки, коли елемент досягає верхньої межі напруги, BMS активує механізм активного балансування. Він визначає комірки з відносно меншою ємністю та передає енергію від високовольтної комірки до цих низьковольтних комірок через ретельно розроблену схему балансування. Цей процес є водночас точним і ефективним, що значно покращує продуктивність акумуляторної батареї.
Як пасивне, так і активне балансування відіграють вирішальну роль у збільшенні корисної ємності акумуляторної батареї, подовженні терміну її служби та покращенні загальної ефективності системи.
Порівнюючи технології пасивного та активного балансування, стає зрозуміло, що вони суттєво відрізняються своєю філософією дизайну та виконанням. Активне балансування зазвичай включає складні алгоритми для розрахунку точної кількості енергії для передачі, тоді як пасивне балансування більше покладається на точний контроль часу операцій перемикача для розсіювання надлишкової енергії.
Протягом усього процесу балансування система безперервно відстежує зміни параметрів кожної комірки, щоб гарантувати, що операції балансування є не тільки ефективними, але й безпечними. Коли різниця між комірками потрапляє в попередньо визначений прийнятний діапазон, система завершить операцію балансування.
Ретельно вибираючи відповідний метод балансування, суворо контролюючи швидкість і ступінь балансування, а також ефективно керуючи теплом, що виділяється під час процесу балансування, продуктивність і термін служби акумуляторної батареї можна значно покращити.
