Kragbatterystelsel-gelykmakingsbestuur
Om die kapasiteit en energieverskille tussen individuele selle in 'n batterypak te balanseer en die energiebenuttingstempo van die batterypak te verbeter, is 'n gelykmakingskring nodig tydens die laai- en ontlaaiproses. Gebaseer op hoe die stroombaan energie verbruik tydens die gelykmakingsproses, kan dit in twee hoofkategorieë verdeel word: energie-dissipasietipe en energie-nie-dissipasietipe. Energie-dissipasietipe verdryf oortollige energie as hitte, terwyl energie nie-dissipasietipe oortollige energie oordra of omskakel na ander batterye.
Energie-dissipasie-tipe ewewigbestuur
Energie-dissipasie-tipe gelykmakingskringe bereik gelykstelling deur die laaistroom deur parallelle weerstande in individuele batteryselle te skuif, soos getoon in Figuur 8-12. Hierdie stroombaanstruktuur is eenvoudig, en die gelykmakingsproses word gewoonlik tydens laai voltooi. Dit kan egter nie die krag van individuele selle met 'n lae-kapasiteit aanvul nie, wat lei tot energievermorsing en verhoogde las op die termiese bestuurstelsel. Energie-afvoer-tipe elektriese toestelle val oor die algemeen in twee kategorieë:
Energie-dissipasie-tipe elektriese toestelle val oor die algemeen in twee kategorieë: Eerstens, 'n konstante shunt-weerstand-gelykmaking-laaikring, waar 'n shunt-weerstand altyd parallel aan elke batterysel gekoppel is. Hierdie metode word gekenmerk deur hoë betroubaarheid en 'n groot shunt-weerstandwaarde, wat verskille in individuele selspanning as gevolg van self-ontlading deur 'n vaste shunt verminder. Die nadeel daarvan is dat die shunt-weerstand voortdurend krag verbruik tydens beide laai en ontlaai, wat beduidende energieverlies tot gevolg het; dit is oor die algemeen geskik vir toepassings waar energie stiptelik aangevul kan word.
Tweedens, 'n skakelaar--beheerde shunt-weerstand-gelykmaking-laaikring, waar die shunt-weerstand deur 'n skakelaar beheer word. Tydens laai, wanneer die individuele batteryspanning die afsnyspanning bereik, verhoed die gelykmaaktoestel oorlaai en skakel oortollige energie om in hitte. Hierdie gelykmaakkring werk tydens laai en kan die stroom na individuele selle met hoër spannings afskakel tydens laai. Die nadeel daarvan is dat as gevolg van die beperkte gelykmakingstyd, die groot hoeveelheid hitte wat tydens shunt gegenereer word, betyds deur die termiese bestuurstelsel verdryf moet word, wat veral opvallend is in batterypakke met groter kapasiteit.
Byvoorbeeld, in 'n 10Ah batterypak kan 'n spanningsverskil van 100mV lei tot 'n kapasiteitsverskil van meer as 500mAh. As die gelykmakingstyd 2 uur is, is die shuntstroom 250mA, die shuntweerstand is ongeveer 14Ω, en die opgewekte hitte is ongeveer 2Wh.
Nie-energie-dissipasie tipe gelykmakingsbestuur
Nie-energie-dissipasiekringe verbruik baie minder energie as energie-dissipasiekringe, maar hul stroombaanstruktuur is relatief kompleks. Hulle kan in twee tipes verdeel word: energie-omsetting-gelykmaking en energie-oordrag-gelykmaking.
Energie Omskakeling Balansering
Energie-omsettingsbalansering gebruik skakelseine om óf die energie van individuele selle van die algehele batterypak aan te vul óf die energie van individuele selle om te skakel na die algehele batterypak. Die omskakeling van individuele selenergie na algehele energie vind tipies plaas tydens die batterypaklaaiproses, soos in Figuur 8-13 getoon. Hierdie stroombaan bespeur die spanning van elke individuele sel; wanneer die spanning van 'n individuele sel 'n sekere waarde bereik, begin die balanseringsmodule werk. Dit herlei die laaistroom in die individuele sel om die laaispanning te verminder, en die herlei stroom word deur die module omgeskakel en teruggevoer na die laaibus, wat balansering bewerkstellig. Sommige energie-omsetting-balanseringsmetodes kan ook vryloop-induktors gebruik om die energie-omskakeling van individuele selle na die batterypak te voltooi.
Die stroombaan vir die omskakeling van die energie van die hele batterypak na individuele selle word in Figuur 8-14 getoon. Hierdie metode word ook aanvullende balansering genoem. Tydens die laaiproses laai die hooflaaimodule eers die batterypak, terwyl die spanningsdetectiekring elke individuele sel monitor. Wanneer die spanning van enige individuele sel te hoog is, word die hooflaaikring afgeskakel, en dan begin die aanvullende balanseerlaaimodule die batterypak laai. Deur geoptimaliseerde ontwerp word die laaispanning in die balanseringsmodule op elke individuele sel toegepas via 'n onafhanklike GS/GS-omsetter en 'n koaksiale spoeltransformator, wat 'n identiese sekondêre wikkeling byvoeg. Dit verseker dat selle met hoër spanning minder energie van die hulplaaikring ontvang, terwyl selle met 'n laer spanning meer energie ontvang en sodoende balansering bereik. Die probleem met hierdie metode is dat dit moeilik is om die konsekwentheid van die sekondêre wikkeling te beheer. Selfs met identiese draaie, met inagneming van transformatorlek-induktansie en wedersydse induktansie tussen sekondêre windings, sal individuele selle moontlik nie dieselfde laaispanning ontvang nie. Verder ervaar die koaksiale spoel ook 'n mate van energie-dissipasie, en hierdie balanseringsmetode spreek slegs laaiwanbalanse aan, en versuim om wanbalanse in die ontladingstoestand aan te spreek.
Energie-oordragbalansering
Energie-oordragbalansering gebruik energiebergingselemente soos induktors of kapasitors om lading van hoë-kapasiteit individuele selle na laer-kapasiteitselle binne 'n batterypak oor te dra, soos getoon in Figuur 8-15. Hierdie stroombaan dra energie tussen aangrensende selle oor deur kapasitors te skakel, wat lading van hoë-spanning na lae-spanningselle verskuif om balansering te bereik. Alternatiewelik kan tweerigting-energie-oordrag tussen aangrensende selle bewerkstellig word deur induktiewe energieberging te gebruik. Hierdie stroombaan het baie lae energieverlies, maar vereis veelvuldige oordragte tydens balansering, wat 'n lang balanseringstyd tot gevolg het en dit ongeskik maak vir multi-selbatterypakke. 'n Verbeterde kapasitor-skakel-balanseringsmetode kan die balanseringspoed verhoog deur die hoogste-spanning en die laagste spanning individuele selle vir energie-oordrag te kies. Energiebepaling en die implementering van die skakelkring in energie-oordragbalansering is egter relatief moeilik.
Benewens die bogenoemde balanseringsmetodes, kan druppellaai ook gebruik word om batterybalansering tydens laaitoepassings te bereik. Dit is die eenvoudigste metode en vereis geen eksterne hulpkringe nie. Dit behels die voortdurende laai van die reeks-gekoppelde batterypak met 'n klein stroom. Omdat die laaistroom baie klein is, het oorlaai min impak op 'n volledig gelaaide battery. Aangesien 'n volledig gelaaide battery nie meer elektriese energie in chemiese energie kan omskakel nie, sal die oortollige energie in hitte omgeskakel word. Batterye wat nie ten volle gelaai is nie, kan egter voortgaan om elektriese energie te ontvang totdat hulle volle lading bereik. Op hierdie manier, na 'n relatief lang tydperk, sal alle batterye volle lading bereik, en sodoende kapasiteitsvergelyking bereik. Hierdie metode vereis egter 'n baie lang gelykmaking-laaityd en verbruik 'n aansienlike hoeveelheid energie om gelykstelling te bereik. Verder is hierdie metode ondoeltreffend in die bestuur van ontladinggelykstelling.
Probleme in toepassing
Bestaande batterybalanseringsoplossings bepaal hoofsaaklik batterykapasiteit gebaseer op die batterypak se spanning-'n spanning-gebaseerde balanseringsmetode. Om batterypakbalansering te bewerkstellig, is hoë akkuraatheid en presisie in spanningsopsporing van kardinale belang. Die lekstroom in die spanningsopsporingkring beïnvloed die konsekwentheid van die batterypak direk. Daarom is die ontwerp van 'n eenvoudige en doeltreffende spanningsdetectiekring 'n sleuteluitdaging vir die balansering van stroombane. Verder is spanning nie die enigste maatstaf van batterykapasiteit nie. Interne weerstand en kontakweerstand in die verbindingsmetode veroorsaak ook spanningsvariasies. Om dus net op spanning te vertrou vir balansering kan lei tot oor-balansering en vermorste energie. In uiterste gevalle kan dit selfs wanbalanse in die batterypak veroorsaak, ten spyte van aanvanklike kapasiteitsbalansering.
Energie-afvoerkringe is eenvoudig in struktuur, maar die balanseerweerstande verbruik energie tydens stroomrangering en genereer hitte, wat probleme met termiese bestuur veroorsaak. Aangesien hulle in wese buitensporige hoë of lae terminaalspannings in individuele selle deur energie-dissipasie beperk, is hulle slegs geskik vir statiese balansering. Hul hoë-temperatuurstyging verminder stelselbetroubaarheid, wat hulle ongeskik maak vir dinamiese balansering. Hierdie metode is slegs geskik vir batterypakke met klein of lae-kapasiteit.
Energie-oordragkringe is 'n metode van batterykapasiteitkompensasie, waar 'n battery met 'n hoër-kapasiteit 'n bietjie energie bydra om 'n battery met 'n laer-kapasiteit te kompenseer. Alhoewel dit uitvoerbaar is, is hierdie metode kompleks, lywig en duur as gevolg van die behoefte aan spanningsmonitering van individuele selle in die werklike stroombaan. Verder word die energie-oordrag bewerkstellig deur 'n energiebergingsmedium, wat energieverbruik en beheerkwessies bekendstel. Hierdie balanseringsmetode word gewoonlik in medium tot groot batterypakke gebruik.
Energie-omskakelingskringe, aan die ander kant, gebruik 'n skakelkragtoevoer om energie-omsetting te bereik. In vergelyking met energie-oordragkringe, is hulle aansienlik minder kompleks en goedkoper. Vir koaksiale spoele lei die verskillende lengtes en vorms van die drade wat die windings aan elke sel verbind egter verskillende transformasieverhoudings tot gevolg, wat lei tot inkonsekwente balansering van elke sel en lei tot balanseringsfoute. Boonop verbruik die koaksiale spoel self energie as gevolg van elektromagnetiese lekkasie en ander probleme.
