Анализа стања равнотеже и алгоритам равнотеже

У идеалном пакету батерија, све појединачне ћелије имају исти капацитет и увек су на истом СоЦ-у, што је такође СоЦ батерије; Када је СОЦ пакета батерија 100%, СОЦ свих ћелија је такође 100%, што ограничава даље пуњење. Када је СОЦ пакета батерија 50%, све појединачне ћелије су такође 50% СоЦ Када је батерија на 0% СоЦ, све ћелије су такође на 0% СОЦ, и све оне ограничавају даље пражњење. Чак и ако све ћелије имају исти капацитет, ако су ствари на различитим СОЦ, батерија је неуравнотежена;

Батерија која се састоји од шест батеријских ћелија повезаних у серију. Сваки правоугаоник представља ћелију батерије, његова висина представља њен капацитет, а вертикална позиција представља њен СоЦ. (а) Исти капацитет, уравнотежен, (б) исти капацитет, неуравнотежен, (ц) различити капацитети, горњи балансирани, и (д) различити капацитети, средње уравнотежени. Када је ћелија 2 на 100% СоЦ, то ограничава свако даље пуњење. Дакле, батерија је на 100% СоЦ; Још увек има више простора за друге батерије, али оне се не могу даље пунити јер ће то препунити другу батерију. Када је батерија на 50% СоЦ, опсег СоЦ сваке ћелије је приближно 30% до 70%. Када је батерија #4 на 0% СоЦ, то ограничава свако даље пражњење. Дакле, СоЦ батерије је 0%; Остале батерије још увек имају још мало напуњености, али не могу да се испразне јер би се тиме испразнила батерија бр. 4. Имајте на уму да две различите решетке ћелија ограничавају капацитет батерије, са # 2 на врху и # 4 на дну.

У датом тренутку, стање неравнотеже (СоИ) батерије је разлика између најнапуњеније ћелије СоЦ и најмање напуњене ћелије СоЦ у батеријском пакету. На пример, ако је СоЦ најнапуњеније батерије 75%, а СоЦ најмање напуњене батерије 70%, онда је СоИ низа 5%. За батерије са истим СоЦ за појединачне ћелије, СоИ је 0%.

Стање равнотеже (СоБ) батерије је 100% минус СоИ. Ако је СоИ батерије 5%, његов СоБ је 95%. У горњој дискусији, кутије су коришћене за представљање СоЦ опсега сваке појединачне ћелије. Ако овај приказ није баш добар, следећи графикон напона батерије и нивоа СоЦ-а са СоЦ-ом батерије може јасније пренети овај концепт.

У идеалним условима једнаког капацитета и равнотеже, све ћелије у серијски повезаним батеријама имају исти капацитет и у сваком тренутку, СоЦ је исти (слика {{0}}). Када се батерија напуни или испразни, сви напони ћелија остају конзистентни. СоЦ сваке ћелије је исти као и батерија (на пример, када је СоЦ батерије 50%, СоЦ сваке ћелије је такође 50%). Можда ћете схватити да је горња крива само за ОЦВ и НМЦ литијум-јонске батерије СоЦ-а. Све три ћелије батерије прате ову криву. Доња крива представља СоЦ ћелије батерије и СоЦ батерије, у овом случају, то је права линија од 0% до 100% у односу 1:1-а. Шематски дијаграм три батерије повезане у серију на 50% СоЦ одговара вертикалној линији у средини две фигуре. Када је батерија пуна, све ћелије су на 100% СоЦ; Не постоји ограничење пуњења за једну батеријску ћелију – све се пуне истовремено. Слично, када је батерија празна, СоЦ свих ћелија је 0%; Ниједна батерија не може ограничити пражњење - све оне ограничавају пражњење у исто време. Капацитет батерије је исти као и капацитет сваке ћелије батерије (10 сати у овом примеру). То значи да је цео капацитет сваке ћелије доступан. Према томе, стање равнотеже батерије је 100% (што указује на потпуну равнотежу батерије), а стање неравнотеже је 0% (што указује да нема неравнотеже).

Ако је капацитет исти, али је СоЦ на почетку другачији (као што је приказано на слици {{0}}), онда једна батерија ограничава пуњење (батерија 1 у овом примеру), а друга батерија ограничава пражњење ( батерија 3 у овом примеру). Због тога се капацитет батерије смањио. Горња крива показује однос између напона и пуњења за три типа литијум-јонских батерија. Имајте на уму да је облик криве исти. Они се крећу само улево (јединица бр. 1 има већи СоЦ) или удесно (јединица бр. 3 има нижи СоЦ). Доња крива је „СоЦ и батеријски пакет СоЦ“ од три ћелије (а не 1:1 у овом случају). Имајте на уму да је нагиб исти јер три ћелије имају исти капацитет. Они се само померају лево или десно Када је низ на 0% СоЦ (леви крај дијаграма), ћелија #3 је празна и пражњење је онемогућено. Друге две батерије и даље имају висок напон (3,38 В за батерију 2 и 3,6 В за батерију 1) и напуњеност (20% СоЦ за батерију 2 и 40% СоЦ за батерију 1). Међутим, ово пуњење није доступно јер не може да испразни ћелију бр. 3. Када је СоЦ батерије 50% (вертикална линија у средини графикона), СоЦ ћелије 1 је 70%, СоЦ ћелије 2 је 50%, а СоЦ ћелије 3 је 30%.

Када је батерија на 100% СоЦ (на десном крају слике), ћелија бр. 1 је пуна и пуњење је онемогућено; Напон друге две батерије је нижи (3,87В за батерију 2 и 3,75В за батерију 3), а и даље могу да прихвате више пуњења (80% СоЦ за батерију 2 и 60% СоЦ за батерију 3). Међутим, овај простор није доступан јер се не може пунити осим ако батерија бр.1 није пренапуњена. Свака батерија ради у ограниченом опсегу СоЦ-а: • СоЦ батерије бр. 1 ограничава пуњење, у распону од 40% до 100%; Опсег СоЦ јединице 2 је од 20% до 80%; СоЦ за батерију 3, ограничено пражњење, у распону од 0% до 60%. Делта унутар СоЦ опсега свих батерија је 60% у целом опсегу. То значи да је само 60% капацитета јединице доступно за жице, а 40% је недоступно због неравнотеже - равнотежно стање батерије је 60%, а стање неравнотеже је 40%. Капацитет сваке ћелије батерије је 10 сати, али капацитет батерије је само 6 сати (60% од 10 сати).

Када ћелије у батеријском пакету имају различите капацитете (што је заиста случај), батерија се може балансирати само на нивоу СоЦ-а једне ћелије. На другим местима, батерије имају различите нивое СоЦ-а. Када се батерија напуни или испразни од ове тачке, СоЦ батерије се разилази. Затим, када се батерија врати на првобитни ниво СоЦ-а, СоЦ-ови свих ћелија се поново склапају. На слици 3-13, горња крива приказује однос између напона и напуњености три ћелије батерије. Имајте на уму да ове криве имају исти општи облик. Само ће се њихова ширина променити. Ако је капацитет висок (ћелија 1), крива ће бити шира; Ако је капацитет низак, крива је уска (ћелија бр. 3). Доња крива представља СоЦ три батерије и СоЦ батерије. Имајте на уму да су нагиби различити јер ове три ћелије имају различите капацитете: с обзиром на струју која тече у батерију или из ње, СоЦ батерије малог капацитета се мења брже од батерије великог капацитета.

У овом примеру:

Када је батерија на 0% СоЦ (леви крај графикона), ћелија бр. 3 је празна и не може да се испразни; Друге две ћелије и даље имају напуњеност (ћелија 1 је на 40% СоЦ, ћелија # 2 је на 20% СоЦ), ћелија 1 је на 3,5 В, ћелија 2 је на 3,38 В, а разлика у СоЦ између ћелија # 1 и #3 је 40%, што значи да је неуравнотежено стање батерије 40%.

Када је батерија на 50% СоЦ (вертикална линија у средини графикона), СоЦ три батерије је 50%, тако да је напон исти на 3,65 В.

СоБ је 100%, СоИ је 0%.

Када је батерија на 100% СоЦ (десни крај дијаграма), ћелија #3 је пуна и не може се пунити; Друге две ћелије и даље могу да прихвате више напуњености (ћелија 1 на 60% СоЦ и ћелија 2 на 80% СоЦ), са ћелијом 1 на 3,82 В и ћелијом 2 на 3,9 В. Разлика у СоЦ-у између батерија #1 и #3 је 40%, што значи да је стање неравнотеже батерије 40%.

Да би избалансирао батерију, БМС проверава напон батерије да би утврдио које су батерије неуравнотежене. Међутим, због чињенице да криве ОЦВ и СоЦ нису права линија, разлика напона између две батерије није директно пропорционална њиховој разлици напуњености. За дати дисбаланс, разлика напона између две батерије повезане у серију зависи од више фактора: степена неравнотеже: што је већи степен неравнотеже, већа је разлика напона; СоЦ батерије: Због облика ОЦВ и СоЦ криве, разлика напона је израженија на ниским и високим нивоима СоЦ; Хемија батерије: За ЛФП батерије, у СОЦ-у, без обзира на СоИ, напон батерије је скоро исти; Разлика напона постаје значајна само када је СоЦ на ниском и високом нивоу. Ови графикони приказују разлику напона између две батерије и низа СоЦ-а, са различитим количинама неравнотеже СоЦ-а између њих. На пример, крива од 10% се користи када је СоЦ једне јединице 10% већи од оне друге јединице. За НМЦ јединице, тешко је открити неравнотежу од 1%, осим за СоЦ испод 5% (Слика 3.18 (а)); Неравнотежа од 10% се лако може открити, осим отприлике 35% СоЦ-а. За ЛФП јединице, лако је открити неравнотежу од 1% када је СоЦ испод 10% и изнад 95% (Слика 3.18 (б)). На другим местима је готово неприметан; Када је СоЦ 50%, може се открити само 30% озбиљне неравнотеже. Стога, иако су ЛФП батерије веома погодне за апликације напајања, бафер батерије са ЛФП батеријама је заправо немогуће постићи средњи баланс. Покушај балансирања батерије у области у којој је делта напон пренизак није само бесмислен, већ ће вероватно имати и повратну реакцију, јер други фактори могу више утицати на разлику у напону терминала батерије него на неравнотежу.

Разлика у струји самопражњења је директан узрок неравнотеже батерије. СоЦ батерија са високим самопражњењем опада брже него код батерија са ниским самопражњењем. Како време пролази, нивои СоЦ-а сваке ћелије батерије се разликују и стање неравнотеже се повећава. Иако се све батерије самопразне минималном брзином, неке су брже од других, посебно на различитим температурама (слика {{0}} (а)). Најгори сценарио се дешава када су неке батерије на собној температури, док су друге у врућем стању (на пример, зато што су постављене поред пуњача). Струја самопражњења најхладније батерије је 0.000023Ц, док је струја самопражњења најтоплије батерије 0,00017Ц,

Разлика од 0.00015 степени Целзијуса. Због ове разлике, жица ће постати неуравнотежена за 11% сваког месеца. Да би компензовао варијацију струје самопражњења између батерија, БМС добија уравнотежену струју из батерије са најнижом струјом самопражњења. Ова струја равнотеже је тачно једнака разлици у струји самопражњења између ове батерије и батерије са највећим самопражњењем. У примеру приказаном на слици, имајте на уму како БМС обезбеђује да се свака ћелија празни са истом струјом од 150 μ А тако што обезбеђује додатну струју пражњења ћелијама са ниском струјом самопражњења. Алтернативно, БМС може напунити батерију највећом струјом самопражњења да би компензовао разлику.

Алгоритам балансирања је заснован на балансирању напона: само када је батерија на вредности подешавања баланса, она се балансира на основу очитавања напона батерије; Засновано на СоЦ-у (предвиђање): може се избалансирати у било ком тренутку, на основу процењених нивоа СоЦ-а батерије