高効率バッテリーイコライザー技術-リチウム-イオン電池機器

ラダーエネルギー貯蔵バッテリーへの高効率バッテリーイコライザー技術の応用の紹介-リチウム-イオンバッテリー機器



バッテリーバランシング技術は、バッテリーパックの耐用年数を改善し、バッテリーパックの使用時間を延長することができます。大容量ニッケル水素、2V鉛蓄電池、リチウムイオン電池、6V鉛蓄電池、12V鉛蓄電池などの電池パック、およびスーパーキャパシタパックに適しています。

はしご電池と選択

ラダーバッテリーとは、使用され、元の設計寿命に達し、その容量が他の方法で完全にまたは部分的に復元されて継続して使用されたバッテリーを指します。

一般に、5年間使用した後のバッテリーの有効容量は約80%です。バッテリーの自然減衰は安定した期間に入り、小容量バッテリーとして使用できます。一定数のバッテリーを並列に使用することで、利用可能な容量を数倍に増やすことができ、エネルギー貯蔵と電力の要件を完全に満たすことができます。これは、電気自動車のバッテリー寿命を延ばすという目的と一致しています。走行距離、バッテリー容量を増やすために多数の並列バッテリーを使用する理由は同じです。(リチウムイオン電池装置)

バッテリーパックを5年間使用すると、使用可能な容量とバッテリー寿命が大幅に短くなります。ユーザーとディーラーは通常、バッテリーパック全体を交換します。ただし、バッテリーパック内のすべてのバッテリーを交換する必要はありませんが、1つまたはいくつかのバッテリーの容量が大幅に減少しています。バッテリーパック全体に影響します。このようなバッテリパックが複数ある場合は、検出によってひどく減衰したバッテリを排除し、容量分類と内部抵抗検出によって他のバッテリを直列に再利用できます。パワーリチウム電池を順次利用することで、電池の効率とライフサイクルを大幅に延長し、電池による環境汚染を減らすことができます。これは、現在および将来の主要な開発ターゲットとして歓迎されています。

パワーリチウム電池の再利用は、パワーリチウム電池産業チェーンにおける閉ループの形成における重要なリンクです。環境保護、資源リサイクル、パワーリチウム電池の全ライフサイクル値の向上に重要な価値があります。テスト、スクリーニング、および再編成された後、引退したパワーリチウム電池は、低速電気自動車、バックアップ電源、電気エネルギー貯蔵など、比較的良好な動作条件を持ち、バッテリー性能要件が低い分野で引き続き使用できます。

新エネルギー車の普及と応用が増加し続けるにつれて、毎年多数の引退したバッテリーが登場し、パワーリチウム電池の段階的利用の概念が浮上し、広く注目を集めています。

カスケードバッテリーを使用すると、バッテリーの利用率を向上させ、バッテリーのライフサイクルを延ばすことができます。省エネと環境保護の観点から非常に重要です。ただし、カスケードバッテリーを使用する際に注意しなければならないことがいくつかあります。

1. 2V単一鉛蓄電池、リン酸鉄リチウム電池、チタン酸リチウム電池、三元系リチウムイオン電池、コバルト酸リチウム電池などの各種リチウムイオン電池など、基本的な単位電池(セル)を可能な限り使用してください。、マンガン酸リチウム電池など6V鉛蓄電池(2Vユニット3台)や12V鉛蓄電池(2Vユニット6台)など、複数のユニットを直列に接続してパッケージ化されたバッテリーは、主にこれらのバッテリーの内部に複数のストリングがあるため、エシェロンでの使用には適していません。バッテリー自体には、外部では解決できない不均衡の問題があります。

2.同じタイプのバッテリーをグループ化する原則に従う必要があります。グループ内のバッテリは同じタイプである必要があります。つまり、バッテリの動作電圧範囲が同じである必要があります。動作電圧範囲の異なるバッテリーは、同じバッテリーパックに表示できず、同じ容量であっても混合することはできません。

3.可能であれば、組み立て前にバッテリーパックの容量、電圧、内部抵抗を測定し、再利用中の一貫性の違いの拡大を減らすために、容量と内部抵抗が類似しているバッテリーを可能な限り選択する必要があります。はしご電池の容量は一般に公称容量よりも低いため、十分な容量を得るためには、適切な直列および並列接続を介して設計容量を達成するためにより多くの電池を使用する必要があるため、技術的条件に従って組み立てる必要があります。

組み立て方法1:最初に並列に、次に直列に。例えば、この方法は電気自動車のバッテリーパックに使用されています。

組み立て方法2:最初にシリアル、次にパラレル、データセンターやコンピュータールームでよく使用されます。

どちらの組み立て方法にも長所と短所があり、さまざまな環境に適しています。

最初に並列化してから直列化することの欠点:ユニットセル接続ワイヤとバスバーの選択は非常に重要です, そうしないと、バッテリーの充電と放電に違いが生じます.個々のバッテリー漏れ電流(または故障)は並列ユニットに影響を及ぼし、容量に大きな影響を与え、バッテリー寿命(走行距離)に直接影響します。利点:管理が簡単で、新しいバッテリーイコライザーが追加された場合、1セット(セット)で十分です。

最初にストリングしてから並列化する利点:簡単な接続、簡単なメンテナンス、故障したバッテリーの迅速な検出と処理、簡単なメンテナンス、各ストリングのユニットバッテリー容量は異なる可能性があり、高いバッテリー使用率、容量(電力)は任意に拡張できます、新しいバックアップ時間を増やし、信頼性を向上させ、特にデータセンターに適しています。デメリット:新しいバッテリーイコライザーを追加する場合は、複数のセット(セット)が必要です。

4.次のバッテリーは再利用できません:まず、漏れ電流が大きい(または自己放電率が高い)バッテリー。第二に、シェルの膨張など、外観が変形したバッテリー。第三に、漏れのあるバッテリー。

ラダーセルバランシング

ラダーバッテリーのスクリーニングが非常に厳しい場合でも、バッテリーの一貫性を確保することは困難です。最高の一貫性を持つバッテリーを組み立てたとしても、数十回の充電と放電のサイクルの後でもさまざまな程度で違いが発生し、この違いは使用とともに増加します。時間が経つにつれて、一貫性はますます悪化し、これは明らかに電池間の電圧差が徐々に増加し、実効充放電時間がますます短くなるという事実に現れています。大量のテストデータにより、一貫性の低いバッテリーパックには次の特性があることがわかりました。

1.ユニットバッテリーの電圧は、明らかな高低レベルと不規則な分布を示しています。

2.ユニットバッテリーの残容量は、不規則で離散的な分布を示します。

3.ユニットセルの内部抵抗も不規則で離散的な分布を示します。

検出データのさらなる統計を通じて、バッテリーの不均衡の最大のキラーは次のとおりであることがわかりました。

1.バッテリーの温度差、バッテリーパックは通常密集して取り付けられており、各部分のバッテリー温度が異なるため、バッテリーの一貫した性能に影響を与え、バッテリー間の違いを加速します。

2.激しい充放電は、電池間の差の拡大を加速します。

エネルギー貯蔵バッテリーパックの容量は非常に大きいです。公称500Ahバッテリーパックを例にとると、バッテリーの最大容量と最小容量の差が50Ahであり、他のバッテリーとの差が5〜10Ahの範囲であると仮定すると、システムの最大有効放電容量は450Ah(暫定的にDバッテリーと指定、以下同じ)、 放電電流を50Aとすると、理論上の最大放電時間は約9Hです。この時間を超えると、Dバッテリーは放電カットオフ電圧に達し、過放電状態になります。放電を続けると、Dバッテリーに深刻な損傷を与え、最大有効容量が大幅に減少し、バッテリーパックの最大有効容量がさらに低下します。

これには放電率の問題も伴います。最大容量バッテリーの放電率は0.1C、Dバッテリーの放電率は0.11C、他のバッテリーの放電率は0.1C〜0.11Cです。放電率の違いにより、各バッテリーの減衰の程度が異なるため、バッテリーの違いと均一性の段階的な拡大と加速傾向につながります。

同様に、充電中は0.1Cの速度で充電してください。Dバッテリーの充電率は0.11Cに達し、これは最大です。最初に充電限界電圧に達します。充電を続けると過充電状態になり、Dバッテリーにさらに損傷を与えます。他のバッテリーの充電率 0.1Cから0.11Cの間です。充電率の違いは、バッテリーの違いと一貫性を悪化させ、加速傾向を示します。

このようなバッテリーパックの充放電を繰り返すと、最終的には有効容量がどんどん小さくなり、有効放電時間はどんどん短くなります。大容量のエネルギー貯蔵バッテリーパックには、熱暴走のリスクという別の深刻な問題があります。このバッテリーパックに関しては、効果的な予防と制御ができない場合、Dバッテリーはバッテリーパックの充放電プロセス中に最高温度のバッテリーになる可能性があり、熱暴走障害が発生した場合、バッテリーが完全に廃棄されたり、バッテリーパックの故障を引き起こしたり、より深刻な関連問題が発生する可能性があります。 これは想像を絶するものです。バッテリーパックが動作中に各バッテリーが過充電または過放電するのを防ぐことができれば、バッテリーパックの実効容量と放電時間が保証され、常に自然減衰の状態になります。バッテリーバランスはバッテリーパックに関連していることがわかります。正常で安全な操作がどれほど重要であるか。

この例のDバッテリーについては、放電電流を47~48Aなどの50A未満に自動的に減らすことができ、2~3Aの不十分な電流が大容量の他のバッテリーから自動的に供給される場合、全体の放電時間は9時間を超える可能性があり、他のバッテリーは一緒に放電の終わりに達し、過放電は発生しません。同様に、充電電流を47~48Aなどの50A未満に自動的に減らすことができれば、残りの2~3Aの電流は自動的に大容量の他のバッテリーに転送され、電流は自動的に増加します。大容量電池の充電電流が他の電池と一緒に充電限界電圧に達すると、過放電は発生しません。要件を満たすには、特に充電と放電の終了時に、バランス電流が5Aを超える必要があることがわかります。バランシングの原則から、転送バッテリーイコライザーのみが有能です。

効果的なバッテリーバランシング技術の現在の進歩は、特に電流のバランスとバランシング効率の点で非常に不均一です。一部の方法では同期整流技術を採用していますが、最大バランス電流はほとんど5Aに制限されており、連続バランス電流はわずか1~3Aであり、満足のいくものです。必要ありません。双方向バランシングをサポートする必要があるため、通常、電流変換効率は高くありません。より大きなバランス電流下での自己発熱の問題は依然として顕著です。もう一つの重要な障害は設備費です。それらのほとんどは同期整流器チップを使用しているため、コストが大幅に増加します。

効率的なセルバランシング技術

現在、高出力、高効率、リアルタイム、動的転送バッテリーイコライザー技術は、長年の開発の後、大慶市交通局の周宝林同志によって首尾よく開発されました。これは、国の特許技術(特許番号201220153997.0および201520061849.201710799424.2)に基づいており、同期整流チップを必要としない双方向同期整流技術です。設備コストを大幅に削減するだけでなく、バランス電流とバランス効率も大幅に向上します。バランスの取れたテクニカル指標のブレークスルーを達成し、次の特徴があります。

1.バランス電流範囲が広い。バランシング電流が大きいということは、バランシング速度が非常に速いことを意味します(添付の表を参照)。現在、リチウムイオン電池イコライザーの強化バージョンでは、バランス電流と電圧差の関係が約1A / 13mVであることがわかっています。たとえば、電圧差が130mVに達すると、バランス電流は約10Aに達する可能性があり、これは高速バランシングに特に有益です。

2.バランスのとれた高効率。平衡効率が高いということは、電力損失が少なく、使用率が高く、機器の温度上昇が低いことを意味します。

3.リアルタイムの動的イコライゼーション。バッテリーパックが静止しているときは、パック内の最大電圧差を10mV以下に制御でき(基準電圧差の設定によって異なります)、マイクロパワースタンバイ検出状態になります。バッテリーパックが充電中であろうと放電状態であろうと、電圧差が基準電圧差よりも大きいことが検出されると、すぐに高速イコライゼーション状態になります。リアルタイムの動的イコライゼーションの最大の利点は、実効イコライゼーション時間が長く、イコライザーの効率が最高であり、独自のパルス技術により、バッテリーのメンテナンスと容量が優れていることです。改善効果はアプリケーションごとにテストされています。

大電流、高効率のバッテリイコライザを使用すると、減衰したバッテリの過充電、過放電、および熱暴走障害を最小限に抑えることができます。バッテリーパックの容量が低下し、一貫性が悪化した場合でも、減衰率を大幅に減らすことができます。電圧を自動的に強制して一貫性を維持することにより、バッテリーパックの有効容量をある程度増加させ、バッテリーパックの寿命を延ばすこともできます。サイクル寿命、特に修理およびメンテナンスコストを大幅に削減しました。

実際の使用効果:お客様から返品された24セル2V170Ah鉛蓄電池パックで使用されます。イコライザーなしで標準の17A電流充電および放電を使用すると、フル充電後の最大放電時間は約3時間です。放電期間中、3つのバッテリーは深刻な熱を発生し、深刻な過放電が発生しました。電圧値は0.5V未満で、バッテリーの1つは-0.1 Vで、極性の反転があり、21個のバッテリーの電圧は1.8〜2.0Vの範囲であり、まだ解放されていない電力がたくさんあります。この記事でバッテリーイコライザーのプロトタイプを使用した後、標準の充電および放電パラメーターの下で、数回の充電および放電サイクルの後、放電時間が徐々に約5.5時間に延長され、効率が80%以上向上しました。最悪の3つのバッテリーの電圧は、放電後すべて1.5Vを超え、特に最初は熱が深刻な場合、放電電圧が徐々に上昇しました。大幅な改善、温度低下は非常に明白で、わずか4つのバッテリーの電圧は約1.9Vで、残りのバッテリーは約1.8Vで、バッテリーの電力は完全かつ効果的に解放されます。
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