リチウム電池のイコライゼーションの必要性とパッシブイコライゼーション充電回路の特性
1.イコライゼーション課金の定義とイコライゼーションの必要性
1.均等化料金の定義：
イコライジング充電は、イコライジング充電と略されます。これは、イコライジングバッテリー特性の充電です。 これは、バッテリーの個人差、温度差、およびバッテリーの使用中の他の理由によるバッテリー端子の電圧の不均衡を指します。 この不均衡傾向の悪化を回避するためには、バッテリーパックの充電電圧を上げ、バランスの取れた方法でバッテリーを充電して、バッテリーパック内の各バッテリーセルの特性のバランスを取り、バッテリーの寿命。
均等充電は、パワーバッテリー充電プロセスの中期および後期段階にあります。 パワーバッテリーセル電圧がカットオフ電圧に達するかそれを超えると、バランス回路は、パワーバッテリーセル電圧が充電カットオフ電圧より高くならないように制限するために、パワーバッテリーセル電流を減少させるように動作し始める。 均等充電の唯一の機能は過充電を防ぐことであり、それは放電使用中に悪影響をもたらします。
イコライゼーション充電を使用する場合、小容量のパワーバッテリーセルは過充電されず、解放できる電力量は、イコライザーを軽い過充電に使用しない場合に解放できる電力よりも少なく、パワーバッテリーセルが放電します。時間が短くなり、過放電の可能性がありますセックスはさらに大きくなります。
2.均等充電の必要性：
リチウム電池製造の現在のレベルと技術では、リチウム電池セルの製造プロセスでは、各リチウム電池セル間に微妙な違いがあり、これが一貫性の問題です。 不整合は主にリチウム電池セルに現れます。 容量、内部抵抗、自己放電率、充放電効率など。リチウムパワーバッテリーセルの不整合はリチウムパワーバッテリーパックに伝達され、必然的にリチウムパワーバッテリーパックの損失を引き起こします& ＃39; s容量、それは順番に寿命の減少につながります。
組み立てられたリチウム電池を使用する過程で、自己放電の程度と部品の温度のために、モノマーの不一致も現れます。 リチウムパワーバッテリーモノマーの不一致は、リチウムパワーバッテリーパックの充電と放電に影響を与えます。 特性。 研究によると、リチウムパワーバッテリーセルの容量に20％の違いがあると、リチウムパワーバッテリーパックの容量損失の約40％が発生します。
リチウムパワーバッテリーバランスの意味は、パワーエレクトロニックテクノロジーを使用して、リチウムイオンリチウムパワーバッテリーセルの電圧偏差またはリチウムパワーバッテリーパックの電圧を期待される範囲内に保ち、各リチウムパワーバッテリーが確実に維持されるようにすることです。通常の使用中。 過充電と過放電の発生を回避するための同じ状態。 バランス制御を行わないと、充電と放電のサイクルが長くなると、リチウムイオン電池1個あたりの電圧が徐々に異なり、耐用年数が大幅に短くなります。
リチウム電池セルの不整合は、温度などのランダムな要因の影響下で、時間の経過とともにさらに悪化します。 通常、リチウム電池の動作環境温度が最適温度より10℃高い場合、リチウム電池の寿命は半減します。 直列の車両用リチウム電池システムの数が多いため、一般に88〜100シリーズであるため、容量は通常20〜60kWhであり、リチウム電池の各ストリングの位置が異なり、温度差が発生します。
同じパワーバッテリーボックスでも、リチウムパワーバッテリーの位置と加熱により温度差が生じ、この温度差はリチウムパワーバッテリーの寿命に大きな悪影響を及ぼし、リチウムパワーバッテリーを引き起こします。バランスが崩れているように見え、航続距離が短くなります。 、サイクル寿命が短くなります。 これらの問題のために、バッテリーシステム全体の容量を十分に活用できず、バッテリーシステムの損失が発生し、このようなシステム損失を軽減することで、バッテリーシステムの耐用年数も大幅に延長されます。
リチウム電池容量は短時間で直接測定できないパラメータであるが、リチウム電池電池容量は開回路電圧の間には1対1の対応があります。 リチウム電池セルの電圧はオンラインでリアルタイムに測定できるため、リチウム電池セルの整合性レベルを測定するのに適した条件になります。 バッテリー管理システムの管理戦略には、放電終了条件、充電終了条件などがあり、リチウムパワーバッテリーセルの電圧値がトリガー条件として使用されます。
この位置のパラメータの場合、リチウムパワーバッテリセルの電圧整合性の過度の違いは、リチウムパワーバッテリパックの充電および放電電力を直接制限します。 これに基づき、すでに稼働しているリチウム電池パックの過電圧差の問題を解決するためにリチウム電池均等化法を使用することは、リチウム電池パックの容量を増やし、の寿命を延ばすための効果的な手段です。リチウムパワーバッテリー。
第二に、受動的平衡の長所と短所
リチウムパワーバッテリーパックのイコライゼーション管理では、直並列リチウムパワーバッテリーパックの電圧イコライゼーションの現在の方法は、パッシブイコライゼーションとアクティブイコライゼーションに分けられます。 一般的に、エネルギー消費型バランスはパッシブバランスとして定義されます。 パッシブバランスは、抵抗を使用して高電圧または高充電バッテリーのエネルギーを消費し、異なるバッテリー間のギャップを減らすという目的を達成します。 エネルギー消費型です。 バランスが取れています。 現在、市場にはパッシブバランスを採用したバッテリー管理システムが数多くあります。 パッシブバランス技術はアクティブバランスの前にリチウムパワーバッテリー市場に適用されているため、この技術は比較的成熟しており、パッシブバランス構造はより単純でより広く使用されています。
リチウムパワーバッテリーパックのバランス管理には、電圧バランス、電流バランス、温度バランスが含まれます。 その中で、リチウムパワーバッテリーパックの電圧バランスが最も基本的です。つまり、直列のリチウムパワーバッテリーパックのリチウムパワーバッテリーセルの電圧バランスです。 同様に、電流バランスとは、リチウムパワーバッテリーパック内の各リチウムパワーバッテリーセルの並列の電流バランスを指します。
リチウム電池パックでは、リチウム電池セルの性能が急激に低下する理由は、電流に一貫性がなく、個々のセルが過大な状態で動作し、過度の性能低下が発生するためです。 リチウム電池セルの温度差は、一貫性のない発熱と一貫性のない熱放散によって引き起こされます。 現在、リチウムパワーバッテリーパックの温度バランスは、一般的に、自然空冷、強制空冷、液体冷却などの物理的方法によって解決されています。
パッシブイコライゼーションは抵抗を使用してエネルギーを消費するため、熱が発生し、イコライゼーション電流が小さくなり、システム全体の効率が低下します。 熱管理の要件に基づいて、パッシブイコライゼーションはセクションごとにのみイコライズできます。 リチウム電池は熱に非常に敏感であり、外部温度の上昇を絶対に避ける必要があります。 パッシブイコライゼーションはリチウムパワーバッテリーパックの局所的な加熱を引き起こし、高温はコンポーネントの故障率を増加させます。 このため、受動平衡によって発生する熱を考慮して、リチウム電池の安全性と構造設計には特別な要件が提唱されています。
3.パッシブ平衡の動作原理
パッシブイコライゼーションは、一般に、抵抗放電によって高電圧のリチウム電池を放電し、熱の形で電気を放出して、他のリチウム電池の充電時間を長くします。 充電プロセス中、リチウムパワーバッテリーは一般に充電上限保護電圧値を持っています。 充電中の電圧がこの値（一般に& quot; overcharge"として知られている）を超えると、リチウム電池が燃焼または爆発する可能性があります。
したがって、リチウム電池保護ボードは、一般に、リチウム電池の過充電を防止するための過充電保護機能を備えている。 つまり、一連のリチウム電池がこの電圧値に達すると、リチウム電池保護ボードが充電回路を遮断し、充電を停止します。
充電均等化は、パワーバッテリー充電プロセスの中期および後期段階にあり、パワーバッテリーセル電圧がカットオフ電圧に達するか超えると、均等化回路は、パワーバッテリーセル電流を制限するために動作を開始します。パワーバッテリーセルの電圧は、充電カットオフ電圧を超えないようにしてください。 充電均等化の唯一の機能は過充電を防ぐことであり、放電使用中に悪影響を及ぼします。 充電均等化を使用する場合、小容量のパワーバッテリーセルは過充電されず、解放できる電力量は、イコライザーを軽い過充電に使用しない場合に解放できる電力よりも少なく、パワーバッテリーセルが放電します。時間が短くなり、過放電の可能性がありますセックスはさらに大きくなります。
充電中のリチウムパワーバッテリーパックの容量損失の概略図を図1に示します。図1では、2＃リチウムパワーバッテリーの端子電圧が最初に設定された保護電圧値まで充電され、保護メカニズムがトリガーされます。リチウムパワーバッテリー保護回路を停止し、リチウムを停止します。パワーバッテリーパックを直接充電すると、1＃、3 ##、および4のリチウムパワーバッテリーを完全に充電できなくなります。 リチウムパワーバッテリーパック全体のフル充電容量は2＃リチウムパワーバッテリーに制限されているため、リチウムパワーバッテリーパックは完全に充電されません。 リチウムパワーバッテリーパックを完全に充電するには、充電時にイコライジング充電回路を使用する必要があります。
リチウムパワーバッテリーの充電プロセス中、各リチウムパワーバッテリーは図2に示すようにイコライゼーション回路を備えており（各リチウムパワーバッテリーは並列電圧安定化イコライジング回路に接続されています）、各リチウムパワーバッテリーは充電中のイコライゼーション回路。 リチウム電池の電圧は、リチウム電池の各ストリングを同じ状態に保ち、リチウム電池の性能と寿命を保証します。
リチウムパワーバッテリー均等化回路によって設定された電圧が4.2Vの場合、リチウムパワーバッテリーが4.2Vに達しない場合、並列電圧レギュレーター回路は機能せず、各リチウムパワーバッテリーは充電され続け、充電電流はリチウムパワーバッテリーを通過します。 図3に示すように。
2＃リチウムパワーバッテリーの端子電圧が4.2Vに達すると、イコライゼーション回路が動作を開始し、電圧を4.2Vに安定させます。つまり、図に示すように、充電電流は2＃リチウムパワーバッテリーを通過しなくなります。このようにして、1＃、3＃、および4＃リチウムパワーバッテリーの充電時間がそれに応じて延長され、それによってリチウムパワーバッテリーパック全体の電力が増加します。 しかし、2番リチウムパワーバッテリーの放電電力の100％が熱放出に変換され、多くの無駄が発生します（2番リチウムパワーバッテリーの熱放散はシステムの損失と電力の無駄です）。
図2に示すシャントレギュレータ回路の動作原理は次のとおりです。TL431は基準電圧であり、可変抵抗を調整することで電圧を4.2Vに調整します。 リチウム電池の両端が4.2V未満の場合、TL431は電流を吸収しません。つまり、Ib=0以下であるため、Ic=0であり、トランジスタは遮断され、充電電流はリチウムを通過します。パワーバッテリー。 リチウム電池の両端が4.2Vに達すると、TL431は電流Ib> 0を吸収し始め、充電電流（Ic）は三極真空管を通過し、リチウム電池を通過しません。 、リチウムパワーバッテリーは充電されなくなりました。
回路内で直列に接続された3つのダイオードIN4001は分圧器として機能し、トランジスタTIP42で消費される電力を削減できます。 これらの3つのダイオードIN4001が接続されていない場合、トランジスタTIP42で消費される電力：ダイオードIN4001を追加した後、P=4.2V×充電電流、P =（4.2V-3×0.7V）×充電電流。 右端の発光ダイオードには表示機能があります。 ライトが点灯し、電圧が4.2Vに達したこと、つまり、この均等化回路に対応するバッテリーが完全に充電されたことを示します。
第四に、シャント抵抗に基づく充電回路の均等化の特性
最も単純なバランス回路は負荷消費バランスです。つまり、抵抗が各リチウムパワーバッテリーに並列に接続され、スイッチが直列に接続されて制御されます。 リチウム電池の電圧が高すぎると、スイッチがオンになり、充電電流が抵抗を介して分流されます。 このように、高電圧リチウム電池は充電電流が小さく、低電圧リチウム電池は充電電流が大きい。 このようにして、リチウム電池の電圧のバランスをとることができますが、この方法は、小容量のリチウム電池にのみ適用できます。 容量のリチウムパワーバッテリーとしては非現実的です。
リチウム電池セルの両端に抵抗を並列に接続して、抵抗がリチウム電池のエネルギーの一部を消費できるようにします。 並列抵抗には2つの形式があります。 1つは固定接続です。 抵抗器は、リチウム電池の両端に長時間並列に接続されています。 リチウム電池セルの電圧が高いと、抵抗を流れる電流が大きくなり、消費電力が大きくなります。 リチウム電池の電圧が低い場合、抵抗器はより少ない電力を消費します。 抵抗の感圧特性により、リチウム電池端子の電圧バランスを実現しています。 これは理論的に実行可能な方法であり、実際にはめったに使用されません。
リチウム電池のイコライゼーションの必要性とパッシブイコライゼーション充電回路の特性を分析します
抵抗を並列に接続する別の方法は、スイッチループを介してセルの両端に抵抗を並列に接続することです。 スイッチは、管理システムからの信号によってトリガーされます。 システムがどのセル電圧またはSOCが高いかを判断すると、並列抵抗を接続してエネルギーを消費します。
シャント抵抗に基づく平衡充電の原理を図5に示します。つまり、各リチウムパワーバッテリーセルはシャント抵抗と並列に接続されています。 図5に示す回路から、抵抗のシャント電流はリチウムパワーバッテリーのシャント電流よりもはるかに大きくなければならないことがわかります。 自己放電電流は、平衡充電の効果を実現できます。 一般に、リチウム電池の自己放電電流は約C / 20000であるため、シャント抵抗を流れる電流にはC / 200の方が適しています。 さらに、各シャント抵抗の偏差もイコライゼーション効果に影響を与える重要な要素です。 一定数の充電および放電サイクルの後、リチウムパワーバッテリーセルの偏差は次の式で決定できます。
リチウム電池のイコライゼーションの必要性とパッシブイコライゼーション充電回路の特性を分析します
ここで、VCはリチウムパワーバッテリーの電圧偏差です。 Rはシャント抵抗です。 Iはリチウム電池の自己放電電流です。 VDはリチウム電池セルの電圧です。 Kは抵抗偏差です。
シャント抵抗が20Ω±0.05％の場合、リチウム電池の電圧偏差を50mVの範囲で制御できます。 各抵抗器の平均電力は0.72Wですが、シャント抵抗器は、リチウムパワーバッテリーの充電プロセスまたは放電プロセスに関係なく、常に電力を消費します。
オンオフスイッチを追加したシャント抵抗に基づく平衡充電の原理を図6に示します。オンオフシャント抵抗平衡充電と抵抗シャント平衡充電の違いは、オンオフスイッチを追加したことです。制御システムソフトウェアで制御できます。簡単な論理回路でも実現できます。 この制御モードを採用したイコライゼーション回路は、リチウムパワーバッテリー充電の定電圧充電セクションでのみ機能し、オンオフスイッチは他の時間は常にオフであるため、リチウムパワーバッテリーパックが放電されたときにシャント抵抗は作動しません。エネルギーを消費します。 しかし、この回路の主な欠点は、オンオフスイッチの故障率が比較的高く、冗長な手段が必要になることです。
