ضرر تناقض بطارية ليثيوم أيون وكيفية التعامل معها

ضرر تناقض بطارية ليثيوم أيون وكيفية التعامل معها

احتلت بطاريات الليثيوم أيون ذات الطاقة بثبات موقع الشركة الرائدة في إمدادات الطاقة للمركبات الكهربائية.عمر خدمة طويل ، وكثافة طاقة عالية ، وإمكانية كبيرة للتحسين.يمكن تغيير السلامة ويمكن أن تستمر كثافة الطاقة في الارتفاع.في الوقت المنظور (الأسطورة حوالي عام 2020) ، يمكنها اللحاق بقدرة التحمل وأداء التكلفة لمركبات الوقود ودخول المرحلة الأولى الناضجة من المركبات الكهربائية.ومع ذلك ، فإن بطاريات أيونات الليثيوم لديها أيضًا مشاكل بطاريات أيونات الليثيوم.

1. لماذا معظم بطاريات الليثيوم أيون صغيرة

إن بطاريات الليثيوم أيون والبطاريات الأسطوانية والبطاريات اللينة والبطاريات المربعة التي رأيناها جميلة وجميلة بشكل عام ، ولا يوجد شيء مثل بطارية الرصاص الحمضية التقليدية.لماذا ا؟

مع كثافة الطاقة العالية ، غالبًا ما تخشى بطاريات الليثيوم أيون من تصميم سعة كبيرة.تبلغ كثافة الطاقة لبطاريات الرصاص الحمضية حوالي 40 وات في الساعة / كجم ، بينما تجاوزت بطاريات ليثيوم أيون 150 وات في الساعة / كجم.مع زيادة تركيز الطاقة ، تزداد متطلبات السلامة.

بادئ ذي بدء ، إنه أمر خطير للغاية بالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون التي يمكنها استخدام كميات كبيرة جدًا من بطاريات أيونات الليثيوم في حادث ما ، مما يتسبب في هروب حراري ، ورد فعل حاد داخل البطارية.في وقت قصير ، لا يمكن إطلاق الكثير من الطاقة ، وهو أمر خطير للغاية.خاصة عندما لا يكون تطوير تكنولوجيا السلامة وقدرات الإدارة والتحكم كافية ، يجب تقييد قدرة كل بطارية.

ثانيًا ، بمجرد وقوع حادث ، لن تتمكن رجال الإطفاء وعوامل الإطفاء من الوصول إلى الطاقة الملفوفة في غلاف بطارية ليثيوم أيون.يمكنهم فقط عزل المشهد في حالة وقوع حادث والسماح لبطارية الحادث بالتفاعل من تلقاء نفسها حتى يتم استنفاد الطاقة.

بالطبع ، لأسباب تتعلق بالسلامة ، تم تصميم بطاريات الليثيوم أيون الحالية مع تدابير أمان متعددة.خذ البطاريات الأسطوانية كمثال.

صمام الأمان ، عندما يتجاوز التفاعل الداخلي للبطارية النطاق الطبيعي ، ترتفع درجة الحرارة ، ويتم توليد غاز التفاعل الجانبي ، يصل الضغط إلى قيمة التصميم ، يفتح صمام الأمان تلقائيًا لتحرير الضغط.في اللحظة التي يفتح فيها صمام الأمان ، تفشل البطارية تمامًا.

الثرمستور ، وبعض الخلايا مجهزة الثرمستور.بمجرد حدوث التيار الزائد ، بعد أن تصل المقاومة إلى درجة حرارة معينة ، تزداد قيمة المقاومة بشكل حاد ، وينخفض ​​التيار في الحلقة ، مما يمنع المزيد من ارتفاع درجة الحرارة.

فيوز ، خلية البطارية مجهزة بمصهر بوظيفة دمج التيار الزائد ، بمجرد حدوث خطر التيار الزائد ، يتم فصل الدائرة لمنع حدوث حوادث شريرة.

2. مشكلة اتساق بطارية ليثيوم أيون

لا يمكن تحويل بطاريات الليثيوم أيون إلى بطارية كبيرة ، لذلك يجب تنظيم العديد من البطاريات الصغيرة.يمكن للجميع العمل بجد والتعاون مع بعضهم البعض ، كما يمكنهم الطيران بالسيارات الكهربائية.في هذا الوقت ، علينا أن نواجه مشكلة ، الاتساق.

لماذا تكون متسقة

تجربتنا اليومية ذات الصلة هي أنه إذا تم توصيل القطبين الموجب والسالب لبطاريتين جافتين ، فإن المصباح يمكن أن يصدر ضوءًا.من يهتم بنفس الأشياء وغير متناسقة.إن تطبيق بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع ليس بهذه البساطة.

يشير عدم تناسق معلمات بطارية ليثيوم أيون بشكل أساسي إلى عدم تناسق السعة والمقاومة الداخلية وفولطية الدائرة المفتوحة.إذا تم استخدام بطاريات غير متناسقة معًا في سلسلة ، فستحدث المشاكل التالية.

1) فقدان القدرة.تشكل الخلايا المفردة حزمة بطارية.تتوافق القدرة مع "مبدأ البرميل".تحدد سعة أسوأ خلية قدرة البطارية بأكملها.

من أجل منع البطارية من الشحن الزائد والشحن الزائد ، يتم إعداد منطق نظام إدارة البطارية على النحو التالي: عند التفريغ ، عندما يصل جهد الخلية الأدنى إلى جهد قطع التفريغ ، تتوقف حزمة البطارية بأكملها عن التفريغ ؛عند الشحن ، عندما يصل أعلى جهد خلوي إلى جهد قطع الشحن لوقف الشحن.

خذ بطاريتين في سلسلة كمثال.بطارية بسعة C ، والأخرى بسعة 0.9C فقط.في اتصال متسلسل ، تمر بطاريتان نفس التيار.

عند الشحن ، يجب أن تكون البطارية ذات السعة الصغيرة مشحونة بالكامل أولاً ، ويتم الوصول إلى حالة قطع الشحن ، ولن يستمر النظام في الشحن.عند التفريغ ، يجب أن تنبعث بطارية ذات سعة صغيرة كل الطاقة المتاحة أولاً ، ويتوقف النظام عن التفريغ على الفور.

بهذه الطريقة ، يتم تفريغ البطاريات ذات السعة الصغيرة دائمًا بالكامل ، بينما تستخدم البطاريات ذات السعة الكبيرة دائمًا جزءًا من السعة.دائمًا ما يكون جزءًا من سعة البطارية بأكملها خاملاً

2) وبالمثل ، يتم تحديد عمر البطارية من خلال الخلية ذات أقصر عمر.من المحتمل جدًا أن تكون الخلية ذات أقصر عمر هي الخلية ذات السعة الصغيرة.يتم شحن البطاريات ذات السعة الصغيرة وتفريغها بالكامل في كل مرة ، ويكون الإخراج قويًا جدًا ، ومن المحتمل أن يصل إلى بؤرة الحياة أولاً.انتهى عمر خلية البطارية ، وستموت مجموعة من خلايا البطارية الملحومة معًا.

3) تزداد المقاومة الداخلية ، ويتدفق التيار نفسه من خلال مقاومات داخلية مختلفة ، وتولد الخلايا ذات المقاومة الداخلية الكبيرة المزيد من الحرارة.درجة حرارة البطارية مرتفعة جدًا ، مما يتسبب في تسارع معدل التدهور ، وستزداد المقاومة الداخلية.تشكل المقاومة الداخلية وارتفاع درجة الحرارة زوجًا من ردود الفعل السلبية ، مما يسرع من تدهور خلايا المقاومة الداخلية العالية.

المعلمات الثلاث المذكورة أعلاه ليست مستقلة تمامًا.تكون المقاومة الداخلية للبطارية بدرجة الشيخوخة العميقة أكبر ، كما أن توهين السعة أكبر.تفسيرات منفصلة ، فقط للتعبير بوضوح عن اتجاهات التأثير الخاصة بكل منها.

3. كيفية التعامل مع التناقضات

يتشكل عدم تناسق أداء البطارية الأساسية أثناء عملية الإنتاج ويتعمق أثناء الاستخدام.دائمًا ما تكون خلايا البطارية في نفس حزمة البطارية ضعيفة للضعفاء ، وتصبح أضعف بمعدل متسارع.تزداد درجة تشتت المعلمات بين الخلايا المفردة مع تعمق درجة الشيخوخة.

في الوقت الحاضر ، يجب على المهندسين النظر في ثلاثة جوانب للتعامل مع عدم تناسق الخلايا المفردة.الفرز الفردي للبطارية ، والإدارة الحرارية بعد التجميع ، يوفر نظام إدارة البطارية وظيفة معادلة عندما يحدث قدر قليل من عدم الاتساق.

1) الفرز

لا ينبغي استخدام مجموعات مختلفة من البطاريات معًا نظريًا.يجب فحص حتى البطاريات من نفس الدفعة ، ويتم وضع البطاريات ذات المعلمات المركزة نسبيًا في حزمة بطارية وفي نفس حزمة البطارية.

الغرض من الفرز هو تحديد الخلايا ذات المعلمات المماثلة.تمت دراسة طريقة الفرز لسنوات عديدة ، وهي مقسمة بشكل رئيسي إلى فئتين: الفرز الثابت والفرز الديناميكي.

الفرز الثابت هو فحص جهد الدائرة المفتوحة والمقاومة الداخلية والقدرة وغيرها من المعلمات المميزة للخلايا ، وتحديد المعلمات المستهدفة ، وإدخال الخوارزميات الإحصائية ، وتعيين معايير الفرز ، وأخيرًا تقسيم الدفعة نفسها من الخلايا إلى عدة مجموعات.

يعتمد الفحص الديناميكي على خصائص خلية البطارية أثناء عملية الشحن والتفريغ.يختار البعض عملية الشحن المستمرة للتيار المستمر والثابت ، ويختار البعض شحن صدمة النبض وعملية التفريغ ، ويقارن البعض منحنيات الشحن والتفريغ الخاصة بهم.صلة.

من خلال الجمع بين التصنيف الديناميكي والساكن ، يتم استخدام الفحص الثابت للتجميع الأولي ، ويتم إجراء الفحص الديناميكي على هذا الأساس ، بحيث يمكن تقسيم المزيد من المجموعات وتكون دقة الفحص أعلى ، ولكن التكلفة سترتفع وفقًا لذلك.

هنا انعكاس صغير لأهمية حجم إنتاج بطارية ليثيوم أيون الطاقة.تسمح الشحنات واسعة النطاق للشركات المصنّعة بإجراء فرز أدق والحصول على مجموعات بطاريات ذات أداء أقرب.إذا كان الإخراج صغيرًا جدًا وكان هناك عدد كبير جدًا من المجموعات ، فلا يمكن تجهيز مجموعة واحدة ببطارية ، ولن يتم استخدام أفضل طريقة.

2) الإدارة الحرارية

بالنسبة للبطاريات ذات المقاومة الداخلية غير المتسقة ، تظهر مشكلة الحرارة المختلفة.يمكن أن تؤدي إضافة نظام الإدارة الحرارية إلى تعديل فرق درجة الحرارة لمجموعة البطارية بالكامل لإبقائها في نطاق صغير.ستستمر الخلايا التي تولد المزيد من الحرارة في ارتفاع درجة الحرارة ، ولكن لن يتم فصلها عن الخلايا الأخرى ، ولن يكون هناك اختلاف كبير في مستوى التحلل.

3) التوازن

عدم تناسق خلايا البطارية ، والجهد الطرفي لبعض خلايا البطارية دائمًا ما يتقدم على خلايا البطارية الأخرى ، ويصل إلى عتبة التحكم أولاً ، مما يؤدي إلى تقليل سعة النظام بالكامل.لحل هذه المشكلة ، صمم نظام إدارة البطارية BMS وظيفة موازنة.

تصل خلية معينة أولاً إلى جهد قطع الشحن ، بينما من الواضح أن جهد الخلايا الأخرى متخلف.تعمل BMS على تنشيط وظيفة معادلة الشحن ، أو توصيل المقاوم لتفريغ جزء من طاقة الخلية ذات الجهد العالي ، أو نقل الطاقة بعيدًا ووضعها في مكان منخفض. ترتفع خلية الجهد.بهذه الطريقة ، يتم رفع حالة قطع الشحن ، وتتم إعادة تشغيل عملية الشحن ، ويتم شحن حزمة البطارية بمزيد من الطاقة.

حتى الآن ، لا يزال عدم تناسق البطاريات مجالًا مهمًا للبحث في الصناعة.بغض النظر عن مدى ارتفاع كثافة الطاقة في خلية البطارية ، سيتم تقليل سعة حزمة البطارية بشكل كبير إذا واجهت عدم تناسق.