4つの高電圧リチウムイオン電池パックの充電方法の比較-リチウムイオン電池-リチウムイオン電池装置
リチウムイオン電池は、高い動作電圧、小型、軽量、メモリー効果なし、汚染なし、自己放電の小ささ、サイクル寿命の長いため、理想的な電源です。実際の使用では、より高い放電電圧を得るために、少なくとも2つの単一のリチウムイオン電池を直列に接続してリチウムイオン電池パックを形成するのが一般的です。現在、リチウムイオン電池パックは、ノートブックコンピュータ、電動自転車、バックアップ電源に広く使用されています。
したがって、充電中にリチウムイオン電池パックを適切に使用する方法は特に重要です。リチウムイオン電池パックに一般的に使用されるいくつかの充電方法と、私の意見で最も適した充電方法は次のとおりです。
1.一般的なシリーズ充電
現在、リチウムイオン電池パックは一般的に直列に充電されています。これは主に、直列充電方式の構造が単純で低コストであり、実装が容易であるためです。ただし、リチウムイオン電池1個との容量、内部抵抗、減衰特性、自己放電などの性能の違いにより、リチウムイオン電池パックを直列に充電すると、電池パック内の容量が最も小さいリチウムイオン電池1個が電気で満たされ始め、このとき、他の電池は電気で満たされません。直列充電を続けると、すでに電気で満たされている単一のリチウムイオン電池が過充電される可能性があります。
リチウムイオン電池の過充電は、電池の性能を著しく損なう可能性があり、爆発や人身傷害を引き起こす可能性さえあります。したがって、単一のリチウムイオン電池の過充電を防ぐために、リチウムイオン電池パックには通常、電池管理システムを介して各リチウムイオン電池を過充電から保護する電池管理システム(batteryManagementSystem、略してbMS)が装備されています。直列充電中に、単一のリチウムイオン電池の電圧が過充電保護電圧に達すると、電池管理システムは直列充電回路全体を遮断し、充電を停止して、単一の電池が過充電されるのを防ぎ、他の問題を引き起こします。リチウムイオン電池は完全に充電できません。
長年の開発の後、リン酸鉄リチウム電池は、その高い安全性、優れたサイクル性能、およびその他の利点により、基本的に電気自動車、特に純粋な電気自動車の要件を満たしてきました。この技術は、基本的に大規模な処理の能力も備えています。の条件。ただし、リン酸鉄リチウム電池の性能は他のリチウムイオン電池とは多少異なり、特にその電圧特性はマンガン酸リチウム電池、コバルト酸リチウム電池などとは異なります。
また、一部のバッテリー管理システムにはバランス機能がありますが、コスト、熱放散、信頼性などの考慮事項により、バッテリー管理システムのバランス電流は一般に直列充電の電流よりもはるかに小さいため、バランス効果はあまり明確ではなく、一部の単一バッテリーが完全に充電されていない場合もあります。 これは、電気自動車用のリチウムイオン電池パックなど、大電流充電を必要とするリチウムイオン電池パックでより明白です。
一般に、バッテリーメーカーが工場を出る前に容量をテストする場合、最初に単一のバッテリーを定電流で充電し、次に定電圧で充電し、次に定電流で放電して放電容量を測定します。一般に、放電容量は、定電流充電容量に定電圧充電容量を加えたものにほぼ等しくなります。バッテリーパックの実際の直列充電プロセスでは、通常、単一バッテリーの定電圧充電プロセスがないため、定電圧充電容量は利用できず、バッテリーパックの容量は単一のバッテリー容量よりも小さくなります。一般に、充電電流が小さいほど、定電圧充電容量の割合が小さくなり、バッテリーパックの損失容量が小さくなります。そのため、直列充電を調整および連携するために、バッテリー管理システムと充電器が開発されました。(リチウムイオン電池装置)
2.バッテリー管理システムと充電器は、直列充電と調整および協力します
バッテリー管理システムは、バッテリーの性能と状態を最も包括的に理解しているデバイスです。したがって、バッテリ管理システムと充電器との間の接続を確立することで、充電器はバッテリ情報をリアルタイムで理解することができ、それによってバッテリ充電時間をより効果的に処理することができる。いくつかの疑問が生じます。
充電モードを調整するバッテリー管理システムと充電器の原理は次のとおりです。 バッテリー管理システムは、バッテリーの現在の状態(温度、単セル電圧、バッテリー動作電流、一貫性、温度上昇など)を監視し、これらのパラメーターを使用します現在のバッテリーの最大許容充電電流を推定します。充電プロセス中、バッテリー管理システムと充電器は通信回線を介して接続され、データ共有を実現します。バッテリー管理システムは、総電圧、最大単セル電圧、最高温度、温度上昇、最大許容充電電圧、最大許容単セル電圧、最大許容充電電流などのパラメータを充電器にリアルタイムで送信し、充電器はバッテリー要件に従って動作できます。管理システムは、独自の充電戦略と出力電流を変更するための情報を提供します。
バッテリー管理システムによって供給される最大許容充電電流が充電器の設計電流容量よりも高い場合、充電器は設計された最大出力電流に従って充電されます。バッテリー電圧と温度が制限を超えると、バッテリー管理システムはそれをリアルタイムで検出し、時間内に充電器に通知することができます。機械は電流出力を変更します。充電電流が最大許容充電電流を超えると、充電器は最大許容充電電流に追従し始めるため、バッテリの過充電を効果的に防止し、バッテリの寿命を延ばします。充電プロセス中に障害が発生すると、バッテリー管理システムは最大許容充電電流を0に設定し、充電器を強制的にシャットダウンして事故を防ぎ、充電の安全性を確保できます。
この充電モードでは、バッテリー管理システムの管理および制御機能を向上させるだけでなく、充電器がバッテリーの状態に応じて出力電流をリアルタイムで変更できるようにし、バッテリーパック内のすべてのバッテリーの過充電に対する警告と充電の最適化。バッテリーパックの実際の放電容量も一般的な直列充電方法よりも大きくなりますが、この方法では、特にバッテリーパックのストリング数が多く、バッテリーの一貫性が低く、充電電流が大きい場合、バッテリーパック内の一部のバッテリーが過小充電される問題を解決できません。大きな時間。
3. 並列充電
電池パック内のいくつかの単セルの過充電および過充電の問題を解決するために、並列充電方法が開発されている。ただし、並列充電方式では、各バッテリを充電するために複数の低電圧、大電流充電電源が必要です。充電電力コストが高い、信頼性が低い、充電効率が低い、接続線径が太いという欠点があります。したがって、現在、大規模な充電方法はありません。範囲はこの充電方法を使用します。
4.直列大電流充電と小電流並列充電
上記の3つの充電方法にはすべて特定の問題があるため、高電圧バッテリーパック、特にバッテリー管理システムと充電器を使用して直列大電流充電と定充電を調整および連携する電気自動車バッテリーパックに最適な充電方法を開発しました。電圧電流制限並列小電流充電モード。
この充電方法には、次の特徴があります。
(1)このシステムのbMSには過充電を防ぐ機能があるため、バッテリーに過充電の問題がないことを保証します。もちろん、bMSが並列充電電源と通信および制御できない場合、並列充電電源の定電圧値は一般に過充電時のリチウムイオン電池パック内の単一のリチウムイオン電池の電圧値と同じであるため、過充電の問題はありません。.
(2)並列充電が可能なため、信頼性が低く、比較的コストの高いバランス回路が不要です。充電効果は、バランシング回路のみの直列充電方法よりも優れており、その保守と管理もシンプルで簡単です。
(3)直列充電の最大電流は並列充電の電流よりもはるかに大きいため(一般に5倍以上)、より短時間でより高い容量を充電することができ、直列充電の最大効果を発揮します。
(4)直列充電と並列充電のシーケンスと充電中の並列充電電源の数を柔軟に制御でき、同時に充電を行うことができます。並列充電は、直列充電が完了した後に実行できます。バッテリーパック内の電圧に応じて並列充電電源を使用することもできます。この場合、電圧が最も低いバッテリーが順番に充電されます。
(5)技術の発展により、並列充電電源は非接触充電電源(ワイヤレス充電電源)または太陽電池電源にすることができ、並列充電が簡単になります。
(6)リチウムイオン電池パックに単一のリチウムイオン電池が多数ある場合、リチウムイオン電池パックはいくつかのリチウムイオン電池パックモジュールに分割できます。各リチウムイオン電池パックモジュールでは、bMSと充電器を使用して直列に調整および接続します。充電は、定電圧による電流充電と電流制限並列小電流充電を組み合わせて行われます。
その主な目的は、バッテリーパックに多数のバッテリーが直列に接続されている場合に、bMSと充電器の協調充電方法の充電効果の低下の欠点を減らすことです。最大の効果を得るために充電モードと調整します。
この方法は、迅速に交換可能な低電圧(例えば、48V)のバッテリーモジュールシステムで構成されるバッテリーシステムである高電圧バッテリーパックに特に適しており、バッテリー交換ステーションまたは充電ステーションで並行して充電または修理することができます(一般ユーザーは通常、充電並列で充電する必要がありません)、専任の人が実際の状況に応じて分類および再編成します。
要するに、バッテリー管理システムと充電器を使用して直列大電流充電および定電圧電流制限並列低電流充電と連携するこの充電方法は、リチウムイオン電池パックを直列充電するときに発生しがちな過充電と過充電の問題を効果的に解決できます。、高コスト、低信頼性、低充電効率、太い接続線径などの問題からの並列充電を防ぐことができます。現在、高電圧バッテリーパック、特に電気自動車のバッテリーパックに最適な充電方法です。
したがって、充電中にリチウムイオン電池パックを適切に使用する方法は特に重要です。リチウムイオン電池パックに一般的に使用されるいくつかの充電方法と、私の意見で最も適した充電方法は次のとおりです。
1.一般的なシリーズ充電
現在、リチウムイオン電池パックは一般的に直列に充電されています。これは主に、直列充電方式の構造が単純で低コストであり、実装が容易であるためです。ただし、リチウムイオン電池1個との容量、内部抵抗、減衰特性、自己放電などの性能の違いにより、リチウムイオン電池パックを直列に充電すると、電池パック内の容量が最も小さいリチウムイオン電池1個が電気で満たされ始め、このとき、他の電池は電気で満たされません。直列充電を続けると、すでに電気で満たされている単一のリチウムイオン電池が過充電される可能性があります。
リチウムイオン電池の過充電は、電池の性能を著しく損なう可能性があり、爆発や人身傷害を引き起こす可能性さえあります。したがって、単一のリチウムイオン電池の過充電を防ぐために、リチウムイオン電池パックには通常、電池管理システムを介して各リチウムイオン電池を過充電から保護する電池管理システム(batteryManagementSystem、略してbMS)が装備されています。直列充電中に、単一のリチウムイオン電池の電圧が過充電保護電圧に達すると、電池管理システムは直列充電回路全体を遮断し、充電を停止して、単一の電池が過充電されるのを防ぎ、他の問題を引き起こします。リチウムイオン電池は完全に充電できません。
長年の開発の後、リン酸鉄リチウム電池は、その高い安全性、優れたサイクル性能、およびその他の利点により、基本的に電気自動車、特に純粋な電気自動車の要件を満たしてきました。この技術は、基本的に大規模な処理の能力も備えています。の条件。ただし、リン酸鉄リチウム電池の性能は他のリチウムイオン電池とは多少異なり、特にその電圧特性はマンガン酸リチウム電池、コバルト酸リチウム電池などとは異なります。
また、一部のバッテリー管理システムにはバランス機能がありますが、コスト、熱放散、信頼性などの考慮事項により、バッテリー管理システムのバランス電流は一般に直列充電の電流よりもはるかに小さいため、バランス効果はあまり明確ではなく、一部の単一バッテリーが完全に充電されていない場合もあります。 これは、電気自動車用のリチウムイオン電池パックなど、大電流充電を必要とするリチウムイオン電池パックでより明白です。
一般に、バッテリーメーカーが工場を出る前に容量をテストする場合、最初に単一のバッテリーを定電流で充電し、次に定電圧で充電し、次に定電流で放電して放電容量を測定します。一般に、放電容量は、定電流充電容量に定電圧充電容量を加えたものにほぼ等しくなります。バッテリーパックの実際の直列充電プロセスでは、通常、単一バッテリーの定電圧充電プロセスがないため、定電圧充電容量は利用できず、バッテリーパックの容量は単一のバッテリー容量よりも小さくなります。一般に、充電電流が小さいほど、定電圧充電容量の割合が小さくなり、バッテリーパックの損失容量が小さくなります。そのため、直列充電を調整および連携するために、バッテリー管理システムと充電器が開発されました。(リチウムイオン電池装置)
2.バッテリー管理システムと充電器は、直列充電と調整および協力します
バッテリー管理システムは、バッテリーの性能と状態を最も包括的に理解しているデバイスです。したがって、バッテリ管理システムと充電器との間の接続を確立することで、充電器はバッテリ情報をリアルタイムで理解することができ、それによってバッテリ充電時間をより効果的に処理することができる。いくつかの疑問が生じます。
充電モードを調整するバッテリー管理システムと充電器の原理は次のとおりです。 バッテリー管理システムは、バッテリーの現在の状態(温度、単セル電圧、バッテリー動作電流、一貫性、温度上昇など)を監視し、これらのパラメーターを使用します現在のバッテリーの最大許容充電電流を推定します。充電プロセス中、バッテリー管理システムと充電器は通信回線を介して接続され、データ共有を実現します。バッテリー管理システムは、総電圧、最大単セル電圧、最高温度、温度上昇、最大許容充電電圧、最大許容単セル電圧、最大許容充電電流などのパラメータを充電器にリアルタイムで送信し、充電器はバッテリー要件に従って動作できます。管理システムは、独自の充電戦略と出力電流を変更するための情報を提供します。
バッテリー管理システムによって供給される最大許容充電電流が充電器の設計電流容量よりも高い場合、充電器は設計された最大出力電流に従って充電されます。バッテリー電圧と温度が制限を超えると、バッテリー管理システムはそれをリアルタイムで検出し、時間内に充電器に通知することができます。機械は電流出力を変更します。充電電流が最大許容充電電流を超えると、充電器は最大許容充電電流に追従し始めるため、バッテリの過充電を効果的に防止し、バッテリの寿命を延ばします。充電プロセス中に障害が発生すると、バッテリー管理システムは最大許容充電電流を0に設定し、充電器を強制的にシャットダウンして事故を防ぎ、充電の安全性を確保できます。
この充電モードでは、バッテリー管理システムの管理および制御機能を向上させるだけでなく、充電器がバッテリーの状態に応じて出力電流をリアルタイムで変更できるようにし、バッテリーパック内のすべてのバッテリーの過充電に対する警告と充電の最適化。バッテリーパックの実際の放電容量も一般的な直列充電方法よりも大きくなりますが、この方法では、特にバッテリーパックのストリング数が多く、バッテリーの一貫性が低く、充電電流が大きい場合、バッテリーパック内の一部のバッテリーが過小充電される問題を解決できません。大きな時間。
3. 並列充電
電池パック内のいくつかの単セルの過充電および過充電の問題を解決するために、並列充電方法が開発されている。ただし、並列充電方式では、各バッテリを充電するために複数の低電圧、大電流充電電源が必要です。充電電力コストが高い、信頼性が低い、充電効率が低い、接続線径が太いという欠点があります。したがって、現在、大規模な充電方法はありません。範囲はこの充電方法を使用します。
4.直列大電流充電と小電流並列充電
上記の3つの充電方法にはすべて特定の問題があるため、高電圧バッテリーパック、特にバッテリー管理システムと充電器を使用して直列大電流充電と定充電を調整および連携する電気自動車バッテリーパックに最適な充電方法を開発しました。電圧電流制限並列小電流充電モード。
この充電方法には、次の特徴があります。
(1)このシステムのbMSには過充電を防ぐ機能があるため、バッテリーに過充電の問題がないことを保証します。もちろん、bMSが並列充電電源と通信および制御できない場合、並列充電電源の定電圧値は一般に過充電時のリチウムイオン電池パック内の単一のリチウムイオン電池の電圧値と同じであるため、過充電の問題はありません。.
(2)並列充電が可能なため、信頼性が低く、比較的コストの高いバランス回路が不要です。充電効果は、バランシング回路のみの直列充電方法よりも優れており、その保守と管理もシンプルで簡単です。
(3)直列充電の最大電流は並列充電の電流よりもはるかに大きいため(一般に5倍以上)、より短時間でより高い容量を充電することができ、直列充電の最大効果を発揮します。
(4)直列充電と並列充電のシーケンスと充電中の並列充電電源の数を柔軟に制御でき、同時に充電を行うことができます。並列充電は、直列充電が完了した後に実行できます。バッテリーパック内の電圧に応じて並列充電電源を使用することもできます。この場合、電圧が最も低いバッテリーが順番に充電されます。
(5)技術の発展により、並列充電電源は非接触充電電源(ワイヤレス充電電源)または太陽電池電源にすることができ、並列充電が簡単になります。
(6)リチウムイオン電池パックに単一のリチウムイオン電池が多数ある場合、リチウムイオン電池パックはいくつかのリチウムイオン電池パックモジュールに分割できます。各リチウムイオン電池パックモジュールでは、bMSと充電器を使用して直列に調整および接続します。充電は、定電圧による電流充電と電流制限並列小電流充電を組み合わせて行われます。
その主な目的は、バッテリーパックに多数のバッテリーが直列に接続されている場合に、bMSと充電器の協調充電方法の充電効果の低下の欠点を減らすことです。最大の効果を得るために充電モードと調整します。
この方法は、迅速に交換可能な低電圧(例えば、48V)のバッテリーモジュールシステムで構成されるバッテリーシステムである高電圧バッテリーパックに特に適しており、バッテリー交換ステーションまたは充電ステーションで並行して充電または修理することができます(一般ユーザーは通常、充電並列で充電する必要がありません)、専任の人が実際の状況に応じて分類および再編成します。
要するに、バッテリー管理システムと充電器を使用して直列大電流充電および定電圧電流制限並列低電流充電と連携するこの充電方法は、リチウムイオン電池パックを直列充電するときに発生しがちな過充電と過充電の問題を効果的に解決できます。、高コスト、低信頼性、低充電効率、太い接続線径などの問題からの並列充電を防ぐことができます。現在、高電圧バッテリーパック、特に電気自動車のバッテリーパックに最適な充電方法です。
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