Чому літієві батареї потребують балансування?

У сучасному контексті зростання обізнаності про захист навколишнього середовища літієві батареї, як ефективний і надійний пристрій накопичення енергії, поступово стають основним вибором. Однак літієві батареї можуть мати такі проблеми, як невідповідність ємності та надмірна різниця напруги під час тривалого використання, що вимагає застосування технології балансування батареї. У цій статті буде досліджено, чому літієві батареї потребують балансування елементів, а також пояснено його важливість і способи цього досягти.

Літієві батареї проходять балансування батареї, і кожну одиницю акумуляторної батареї можна ефективно контролювати та підтримувати в нормальному стані заряду (State of Charge, SoC). Це не тільки збільшує кількість циклів роботи батареї, але й забезпечує додатковий захист від пошкодження елементів батареї внаслідок перезаряду/глибокого розряду.

Активне та пасивне вирівнювання.

Пасивне вирівнювання споживає надлишок заряду через резистори продувки, тому всі елементи батареї мають приблизно однаковий SoC, але це не подовжує час роботи системи. Зазвичай вирівнювання, яке використовує резистори для розсіювання енергії, називається пасивним вирівнюванням.

Активне балансування – це більш складна техніка балансування, яка збільшує час роботи системи за рахунок збільшення загального заряду, доступного в пакеті, оскільки заряд перерозподіляється в елементах під час циклів заряджання та розряджання. Порівняно з пасивним вирівнюванням, активне вирівнювання може скоротити час заряджання та зменшити тепло, що виділяється під час вирівнювання. Зазвичай вирівнювання, досягнуте шляхом передачі потужності, називається активним вирівнюванням.

Активний збалансований розряд клітин

Як показано на малюнку нижче, це типовий акумулятор із повною ємністю. Повна ємність означає, що ємність заряду досягає 90%, тому що тривалий час утримання батареї на 100% ємності (або близько до неї) незабаром скоротить термін її служби. А під повним розрядом розуміється розряд до 30%, що запобігає переходу акумулятора в стан глибокого розряду.
З часом характеристики одних акумуляторів стають гіршими, ніж інших. Навіть якщо деякі елементи батареї все ще мають багато заряду, слабкі елементи батареї обмежують час роботи системи, 5% невідповідності ємності батареї призведе до того, що 5% енергії буде неефективним. Для акумуляторів великої ємності це означає, що витрачається багато енергії. Ця ситуація особливо критична для віддалених систем і систем, які нелегко обслуговувати. Невикористана енергія також призводить до збільшення циклів заряду та розряду батареї, скорочення терміну служби батареї та підвищення витрат через часту заміну батареї.

При активному балансуванні заряд перерозподіляється від сильних елементів до слабких, повністю виснажуючи енергію акумуляторної батареї.

Active Cell Balanced Charging

Якщо пакет заряджається без вирівнювання, слабкі елементи досягнуть повної потужності раніше сильних елементів, знову стаючи обмежуючим фактором; у цей момент вони обмежують загальну енергію, яку можна утримувати в системі.

Активне вирівнювання може забезпечити повну ємність акумулятора шляхом перерозподілу заряду під час заряджання. Співвідношення часу вирівнювання та впливу струму вирівнювання на час тут детально не обговорюватимуться.

Переваги та недоліки активного та пасивного вирівнювання

Активне балансування батареї та пасивне балансування батареї можуть ефективно підтримувати працездатність системи батареї шляхом моніторингу та узгодження стану заряду кожного елемента батареї. На відміну від пасивного балансування батареї, яке споживає надлишок заряду лише під час заряджання, активне балансування батареї можна використовувати під час заряджання та розряджання. перерозподіл заряду протягом цього періоду. Таким чином, активне балансування клітин може подовжити час роботи системи, а також покращити ефективність зарядки. Для активного балансування клітинок потрібні рішення, які часто є складнішими та більшими за розміром, тоді як пасивна балансування клітинок є економічно ефективнішою.

Застосування технології балансування батарей у сфері літієвих батарей стало важливим засобом для підвищення ефективності систем накопичення енергії та продовження терміну служби батареї. Контролюючи та регулюючи стан кожної окремої батареї в акумуляторній батареї, система вирівнювання батареї може зробити загальну роботу літієвої батареї більш стабільною та надійною. З розвитком науки і техніки ми можемо очікувати на появу більш досконалої технології вирівнювання батареї, щоб забезпечити кращу підтримку для розробки систем зберігання енергії літієвих батарей.