Szkody wynikające z niespójności baterii litowo-jonowej i sposoby radzenia sobie z nią

July 29, 2020

najnowsze wiadomości o firmie Szkody wynikające z niespójności baterii litowo-jonowej i sposoby radzenia sobie z nią

Szkody wynikające z niespójności baterii litowo-jonowej i sposoby radzenia sobie z nią

 

Akumulatory litowo-jonowe Power nieprzerwanie zajmują pozycję lidera w zasilaniu pojazdów elektrycznych.Długa żywotność, wysoka gęstość energii i duży potencjał ulepszeń.Bezpieczeństwo można zmienić, a gęstość energii może nadal rosnąć.W dającym się przewidzieć czasie (legenda około 2020 roku) może dogonić wytrzymałość i wydajność kosztową pojazdów napędzanych paliwem i wejść w pierwszy dojrzały etap pojazdów elektrycznych.Jednak akumulatory litowo-jonowe mają również problemy z akumulatorami litowo-jonowymi.


1. Dlaczego większość akumulatorów litowo-jonowych jest małych


Akumulatory litowo-jonowe, cylindryczne, miękkie i kwadratowe, które widzieliśmy, są generalnie ładne i piękne i nie ma czegoś takiego jak tradycyjny akumulator kwasowo-ołowiowy.Czemu?


Przy dużej gęstości energii akumulatory litowo-jonowe często boją się zaprojektować dużą pojemność.Gęstość energii akumulatorów kwasowo-ołowiowych wynosi około 40Wh / kg, podczas gdy akumulatory litowo-jonowe przekroczyły 150Wh / kg.Wraz ze wzrostem koncentracji energii rosną wymagania dotyczące bezpieczeństwa.


Przede wszystkim jest to bardzo niebezpieczne dla akumulatorów litowo-jonowych, które podczas wypadku mogą używać tylko nadmiernie dużych ilości akumulatorów litowo-jonowych, powodując niekontrolowany wzrost temperatury i gwałtowną reakcję wewnątrz akumulatora.W krótkim czasie nie ma nigdzie uwolnić zbyt dużej ilości energii, co jest bardzo niebezpieczne.Szczególnie, gdy rozwój technologii bezpieczeństwa oraz możliwości zarządzania i kontroli nie są wystarczające, pojemność każdego akumulatora powinna być ograniczona.


Po drugie, gdy dojdzie do wypadku, energia zgromadzona w powłoce akumulatora litowo-jonowego będzie niedostępna i bezsilna dla strażaków i środków gaśniczych.Mogą jedynie odizolować miejsce zdarzenia w razie wypadku i pozwolić akumulatorowi awaryjnemu na samodzielną reakcję, aż do wyczerpania energii.


Oczywiście ze względów bezpieczeństwa obecne akumulatory litowo-jonowe zostały zaprojektowane z uwzględnieniem wielu środków bezpieczeństwa.Weźmy jako przykład baterie cylindryczne.


Zawór bezpieczeństwa, gdy reakcja wewnętrzna akumulatora przekracza normalny zakres, temperatura wzrasta i generowany jest gaz reakcyjny boczny, ciśnienie osiąga wartość projektową, zawór bezpieczeństwa otwiera się automatycznie, aby zwolnić ciśnienie.W momencie otwarcia zaworu bezpieczeństwa bateria całkowicie się psuje.


Termistor, a niektóre ogniwa są wyposażone w termistor.Po wystąpieniu przetężenia, po osiągnięciu przez rezystancję określonej temperatury, wartość rezystancji gwałtownie wzrasta, a prąd w pętli spada, zapobiegając dalszemu wzrostowi temperatury.


Bezpiecznik, ogniwo akumulatora wyposażone jest w bezpiecznik z funkcją zabezpieczenia nadprądowego, w przypadku wystąpienia niebezpieczeństwa przetężenia obwód zostaje odłączony, aby zapobiec wystąpieniu gwałtownych wypadków.


2. Problem ze spójnością akumulatora litowo-jonowego


Baterii litowo-jonowych nie można przekształcić w duże, dlatego trzeba zorganizować wiele małych baterii.Każdy może ciężko pracować i współpracować ze sobą, a także latać samochodami elektrycznymi.W tej chwili musimy zmierzyć się z problemem, konsekwencją.


Po co być konsekwentnym


Z naszego codziennego doświadczenia wynika, że ​​jeśli połączone są dodatnie i ujemne bieguny dwóch suchych baterii, latarka może emitować światło.Kogo obchodzą te same i niespójne rzeczy.Zastosowanie baterii litowo-jonowych na dużą skalę nie jest takie proste.


Niespójność parametrów akumulatora litowo-jonowego dotyczy głównie niespójności pojemności, rezystancji wewnętrznej i napięcia w obwodzie otwartym.Jeśli niespójne baterie są używane razem w serii, wystąpią następujące problemy.


1) Utrata pojemności.Pojedyncze ogniwa tworzą pakiet baterii.Pojemność odpowiada „zasadzie beczki”.Pojemność najgorszego ogniwa określa pojemność całego pakietu baterii.


Aby zapobiec przeładowaniu i nadmiernemu rozładowaniu akumulatora, logika systemu zarządzania akumulatorem jest ustawiona w następujący sposób: podczas rozładowywania, gdy najniższe napięcie ogniwa osiąga napięcie odcięcia rozładowania, cały pakiet akumulatorów przestaje się rozładowywać;podczas ładowania, gdy najwyższe napięcie ogniwa osiąga napięcie odcięcia ładowania. Zatrzymuje ładowanie.


Jako przykład weźmy dwie baterie połączone szeregowo.Jedna bateria ma pojemność C, a druga tylko 0,9C.W połączeniu szeregowym dwie baterie przepuszczają ten sam prąd.


Podczas ładowania akumulator o małej pojemności musi być najpierw w pełni naładowany, a stan odcięcia ładowania zostanie osiągnięty, a system nie będzie kontynuował ładowania.Podczas rozładowywania bateria o małej pojemności musi najpierw wyemitować całą dostępną energię, a system natychmiast przestaje się rozładowywać.


W ten sposób akumulatory o małej pojemności są zawsze całkowicie rozładowane, natomiast akumulatory o dużej pojemności zawsze wykorzystują część pojemności.Część pojemności całego akumulatora jest zawsze bezczynna


2) Utrata żywotności, podobnie żywotność pakietu baterii jest określana przez ogniwo o najkrótszej żywotności.Jest bardzo prawdopodobne, że ogniwo o najkrótszej żywotności to ogniwo o małej pojemności.Akumulatory o małej pojemności są w pełni naładowane i rozładowane za każdym razem, a moc wyjściowa jest zbyt duża, co prawdopodobnie najpierw osiągnie cel życia.Żywotność ogniwa akumulatora dobiegła końca i grupa zespawanych ze sobą ogniw akumulatora zginie.


3) Opór wewnętrzny rośnie, ten sam prąd przepływa przez różne rezystancje wewnętrzne, a ogniwa o dużym oporze wewnętrznym generują więcej ciepła.Temperatura akumulatora jest zbyt wysoka, co powoduje przyspieszenie degradacji, a rezystancja wewnętrzna będzie dalej rosła.Opór wewnętrzny i wzrost temperatury tworzą parę ujemnych sprzężeń zwrotnych, które przyspieszają degradację ogniw o wysokiej rezystancji wewnętrznej.


Powyższe trzy parametry nie są całkowicie niezależne.Większa jest wewnętrzna rezystancja baterii z głębokim stopniem starzenia, większe jest też tłumienie pojemności.Oddzielne wyjaśnienia, tylko po to, aby jasno wyrazić ich kierunki wpływu.


3. Jak radzić sobie z niespójnościami


Niespójność wydajności rdzenia baterii powstaje podczas procesu produkcyjnego i pogłębia się podczas użytkowania.Ogniwa w tym samym pakiecie są zawsze słabe dla słabych i słabną w przyspieszonym tempie.Stopień rozproszenia parametrów pomiędzy pojedynczymi komórkami rośnie wraz z pogłębianiem się stopnia starzenia.


Obecnie inżynierowie powinni rozważyć trzy aspekty, aby poradzić sobie z niespójnością pojedynczych ogniw.Sortowanie pojedynczych baterii, zarządzanie termiczne po zgrupowaniu, system zarządzania baterią zapewnia funkcję wyrównywania, gdy pojawia się niewielka ilość niespójności.


1) Sortowanie


Teoretycznie nie należy używać razem różnych partii baterii.Nawet akumulatory z tej samej partii muszą być ekranowane, a akumulatory o względnie skoncentrowanych parametrach umieszczane są w pakiecie akumulatorów i w tym samym pakiecie akumulatorów.


Celem sortowania jest wybranie komórek o podobnych parametrach.Metoda sortowania jest badana od wielu lat i dzieli się głównie na dwie kategorie: sortowanie statyczne i dynamiczne.


Sortowanie statyczne polega na sprawdzeniu napięcia w obwodzie otwartym, rezystancji wewnętrznej, pojemności i innych charakterystycznych parametrów ogniw, wybraniu parametrów docelowych, wprowadzeniu algorytmów statystycznych, ustaleniu kryteriów przesiewania i wreszcie podzieleniu tej samej partii ogniw na kilka grup.


Dynamiczne ekranowanie opiera się na charakterystyce ogniwa akumulatora podczas procesu ładowania i rozładowywania.Niektórzy wybierają proces ładowania stałym prądem i stałym napięciem, niektórzy wybierają proces ładowania i rozładowania impulsowo-szokowego, a niektórzy porównują własne krzywe ładowania i rozładowania.związek.


Łącząc sortowanie dynamiczne i statyczne, do grupowania wstępnego stosuje się przesiewanie statyczne i na tej podstawie przeprowadzane jest przesiewanie dynamiczne, dzięki czemu można podzielić więcej grup, a dokładność przesiewania jest wyższa, ale koszt odpowiednio wzrośnie.


Oto małe odzwierciedlenie znaczenia skali produkcji baterii litowo-jonowej mocy.Przesyłki na dużą skalę pozwalają producentom na dokładniejsze sortowanie i uzyskanie akumulatorów o lepszej wydajności.Jeśli wyjście jest zbyt małe i jest zbyt wiele grup, jedna partia nie może być wyposażona w akumulator i nie zostanie zastosowana najlepsza metoda.


2) Zarządzanie termiczne


W przypadku akumulatorów o niespójnej rezystancji wewnętrznej pojawia się problem innego ciepła.Dodanie systemu zarządzania temperaturą może regulować różnicę temperatur całego pakietu akumulatorów, aby utrzymać go w małym zakresie.Ogniwa, które wytwarzają więcej ciepła, nadal będą miały wysoki wzrost temperatury, ale nie zostaną oddzielone od innych ogniw i nie będzie znaczącej różnicy w poziomie degradacji.


3) Równowaga


Niespójność ogniw akumulatora, napięcie na zaciskach niektórych ogniw zawsze wyprzedza inne ogniwa, osiągając najpierw próg kontrolny, co powoduje zmniejszenie pojemności całego systemu.Aby rozwiązać ten problem, system zarządzania akumulatorem BMS zaprojektował funkcję równoważenia.


Pewne ogniwo najpierw osiąga napięcie odcięcia ładowania, podczas gdy napięcie innych ogniw jest oczywiście opóźnione.BMS aktywuje funkcję wyrównywania ładunku lub podłącza rezystor w celu rozładowania części mocy ogniwa wysokonapięciowego lub przekazuje energię i obniża ją. Ogniwo napięciowe podnosi się.W ten sposób stan odcięcia ładowania zostaje zniesiony, proces ładowania zostaje uruchomiony ponownie, a akumulator jest ładowany z większą mocą.


Do tej pory niespójność akumulatorów jest nadal ważnym obszarem badań w przemyśle.Bez względu na to, jak wysoka jest gęstość energii ogniwa akumulatora, pojemność akumulatora zostanie znacznie zmniejszona, jeśli napotka niespójność.