Dlaczego baterie litowe wymagają równoważenia baterii?

W dzisiejszym kontekście rosnącej świadomości ochrony środowiska, baterie litowe, jako wydajne i niezawodne magazynowanie energii, stają się stopniowo powszechnym wyborem. Jednak baterie litowe mogą mieć problemy, takie jak niedopasowanie pojemności i nadmierna różnica napięcia podczas długotrwałego użytkowania, co wymaga zastosowania technologii równoważenia baterii. W tym artykule zbadamy, dlaczego baterie litowe wymagają równoważenia ogniw oraz wyjaśnimy jego znaczenie i sposoby jego osiągnięcia.

Baterie litowe przechodzą przez równoważenie baterii, a każda jednostka w zestawie baterii może być skutecznie monitorowana i utrzymywana w zdrowym stanie naładowania (State of Charge, SoC). Nie tylko zwiększa to liczbę cykli baterii, ale także zapewnia dodatkową ochronę przed uszkodzeniem ogniw baterii w wyniku przeładowania/głębokiego rozładowania.

Wyrównywanie aktywne i pasywne

Wyrównywanie pasywne zużywa nadmiar ładunku przez rezystory upływowe, dzięki czemu wszystkie ogniwa baterii mają w przybliżeniu ten sam SoC, ale nie wydłuża to czasu działania systemu. Zwykle wyrównanie wykorzystujące rezystory do rozpraszania energii nazywane jest wyrównaniem pasywnym.

Aktywne równoważenie to bardziej wyrafinowana technika równoważenia, która wydłuża czas pracy systemu poprzez zwiększenie całkowitego ładunku dostępnego w pakiecie, ponieważ ładunek jest redystrybuowany w ogniwach podczas cykli ładowania i rozładowania. W porównaniu z wyrównywaniem pasywnym, wyrównywanie aktywne może skrócić czas ładowania i zmniejszyć ciepło wytwarzane podczas wyrównywania. Zwykle wyrównanie osiągnięte poprzez przeniesienie pojemności nazywane jest wyrównaniem aktywnym.

Zrównoważone rozładowanie komórek aktywnych

Jak pokazano na poniższym rysunku, jest to typowy akumulator o pełnej pojemności. Pełna pojemność oznacza, że ​​pojemność ładowania sięga 90%, ponieważ utrzymywanie akumulatora na poziomie (lub blisko) 100% pojemności przez długi czas spowoduje skrócenie jego żywotności. Pełne rozładowanie odnosi się do rozładowania do 30%, co zapobiega wejściu akumulatora w stan głębokiego rozładowania.
Z biegiem czasu właściwości niektórych akumulatorów stają się gorsze od innych. Nawet jeśli niektóre ogniwa baterii nadal mają dużo pojemności, słabe ogniwa baterii ograniczają czas pracy systemu, 5% niedopasowania pojemności baterii spowoduje, że 5% energii będzie nieefektywne. W przypadku akumulatorów o dużej pojemności oznacza to duże straty energii. Sytuacja ta jest szczególnie krytyczna w przypadku systemów zdalnych oraz systemów, które nie są łatwe w utrzymaniu. Niewykorzystana energia prowadzi również do zwiększenia liczby cykli ładowania i rozładowania baterii, skrócenia żywotności baterii i wyższych kosztów z powodu częstej wymiany baterii.

Przy aktywnym równoważeniu ładunek jest redystrybuowany z mocnych ogniw do słabych ogniw, całkowicie wyczerpując energię akumulatora.

Zrównoważone ładowanie aktywnych komórek

Jeśli pakiet zostanie naładowany bez wyrównania, słabe ogniwa osiągną pełną pojemność przed mocnymi ogniwami, ponownie stając się czynnikiem ograniczającym; w tym momencie ograniczają całkowitą energię, która może być zatrzymana w systemie.

Aktywne wyrównanie może sprawić, że akumulator osiągnie pełną pojemność poprzez redystrybucję ładunku podczas ładowania. Proporcja czasu wyrównania i wpływ prądu wyrównania na czas nie będzie tutaj szczegółowo omawiany.

Zalety i wady aktywnej i pasywnej korekcji

Aktywne równoważenie baterii i pasywne równoważenie baterii może skutecznie promować zdrowie systemu baterii poprzez monitorowanie i dopasowywanie stanu naładowania każdego ogniwa baterii. W przeciwieństwie do pasywnego równoważenia baterii, które zużywa tylko nadmiar ładunku podczas ładowania, aktywne równoważenie baterii może być stosowane podczas ładowania i rozładowywania. redystrybucja opłat w tym okresie. Dlatego aktywne równoważenie ogniw może wydłużyć czas pracy systemu, a także poprawić wydajność ładowania. Aktywne równoważenie komórek wymaga rozwiązań, które są często bardziej złożone i większe, podczas gdy pasywne równoważenie komórek jest bardziej opłacalne.

Zastosowanie technologii równoważenia baterii w dziedzinie baterii litowych stało się ważnym środkiem poprawy wydajności systemów magazynowania energii i przedłużenia żywotności baterii. Monitorując i dostosowując stan każdej pojedynczej baterii w zestawie baterii, system wyrównywania baterii może sprawić, że ogólna wydajność baterii litowej będzie bardziej stabilna i niezawodna. Wraz z postępem nauki i technologii możemy spodziewać się pojawienia się bardziej zaawansowanej technologii wyrównywania baterii, aby zapewnić lepsze wsparcie dla rozwoju systemów magazynowania energii z baterii litowych.