Kuvittele ammattilaissoutujoukkue. Jos jokainen soutaja on täydellinen klooni - sama voima, sama kestävyys - vene liukuu vaivatta vedessä. Kuvittele nyt, että yksi soutaja on vain hieman heikompi tai väsyy hieman nopeammin. Silloin koko vene ei hidastu, vaan koko venekunta joutuu välittömästi vaaraan. Rytmi katkeaa, vene poikkeaa kurssista, ja muiden soutajien on työskenneltävä kovemmin kompensoidakseen sen.
Monikennoinen akkupaketti on täsmälleen samanlainen kuin tuo soutujoukkue.
Olet todennäköisesti nähnyt seuraukset: upouusi, kallis akkupaketti teolliseen lennokkiisi tai kannettavaan lääkintäkärryyn on romahtanut vain yhden vuoden jälkeen. Avaat sen ja löydät yhden "huonon" kennon. Mutta oliko kenno todella viallinen vai oliko koko akkupaketti tuhoon tuomittu alusta alkaen? Kokemuksemme mukaan vastaus löytyy lähes aina kahden perustavanlaatuisen, mutta usein unohdetun prosessin epäonnistumisesta: kennojen sovittaminen ja tasapainottaminen.
Insinööreinä, jotka suunnittelevat kriittisiä akkujärjestelmiä sovelluksiin autonomisista varastoroboteista merenkulun varavoimanlähteisiin, voimme kertoa, että sovittaminen ja tasapainotus eivät ole valinnaisia "ominaisuuksia", vaan ne ovat luotettavan, turvallisen ja pitkäikäisen akkupaketin ehdoton perusta.
12v 100ah lifepo4 akku
12v 100ah natriumioniakku
Ensinnäkin, mistä me edes puhumme? Matching ja tasapainottaminen määritelty
Ennen kuin perehdymme seurauksiin, selvitetään määritelmät. Nämä kaksi termiä liittyvät toisiinsa, mutta ovat erillisiä.
Solujen täsmäytys: valmistuksen "sormenjälki"
Yksikään akkukenno ei ole 100% identtinen, vaikka se olisi peräisin samasta korkealaatuisesta tuotantoerästä. Ajattele asiaa näin: niiden kaikkien "valmistuksen sormenjäljissä" on pieniä eroja. Kennojen vertailu on tiukka, tietoon perustuva prosessi, jossa yksittäisiä kennoja testataan ja ryhmitellään niiden keskeisten ominaisuuksien perusteella. ennen ne on koskaan hitsattu pakkaukseen.
Vähintäänkin ammattimaisen akkukokoonpanijan pitäisi olla sopiva:
- Kapasiteetti (Ah/mAh): Kunkin kennon yksittäisen "polttoainesäiliön" koko.
- Sisäinen vastus (mΩ): Mittaa, kuinka paljon kenno vastustaa virran antamista. Pienempi sisäinen vastus on parempi, ja johdonmukaisuus on avainasemassa.
- Itsepurkautumisnopeus: Kuinka nopeasti kenno menettää varauksensa, kun se vain istuu hyllyllä.
Pakkauksen rakentaminen ilman yhteensopivuutta on kuin rakentaisi huipputehokkaan moottorin, jossa on vääränlaiset männät. Se on resepti epäonnistumiseen.
Solujen tasapainottaminen: Pitää tiimi synkronissa
Jos yhteensovittaminen on täydellisten, identtisten soutajien valitsemista veneeseen ennen kilpailua, tasapainottaminen on perämiehen tehtävä. osoitteessa kisan aikana - teet jatkuvasti pieniä säätöjä varmistaaksesi, että kaikki vetävät täydellisessä yhteisymmärryksessä.
Solujen tasapainottaminen on elektroninen toiminto, jota hallinnoi elektroninen järjestelmä. Akun hallintajärjestelmä (BMS), joka pyrkii tasaamaan jokaisen kennon (tai rinnakkaisen kennoryhmän) lataustilan (SoC) pakkauksen sisällä. Se on aktiivinen, jatkuva prosessi, joka torjuu kennojen luonnollista taipumusta ajautua erilleen ajan myötä.
Noidankehä: Mitä tapahtuu epätasapainoisessa, yhteensopimattomassa paketissa?
Mitä väliä sillä on, jos yksi solu on hieman erilainen? Seuraukset ovat vakavia ja aiheuttavat syöksykierteen, joka tappaa ennenaikaisesti koko pakkauksen.
Kaikki alkaa "heikoimmasta lenkistä"
Minkä tahansa kennosarjan heikoin jäsen - kenno, jonka todellinen kapasiteetti on alhaisin - määrää koko pakkauksen suorituskyvyn. Tästä kennosta tulee rajoittava tekijä sekä latauksessa että purkauksessa.
Latausongelma: Yksi solu huutaa "Stop!" Liian aikaisin
Kun lataat akkua, kaikki kennot saavat saman verran virtaa. "Heikko" kenno, jonka polttoainesäiliö on pienempi, täyttyy ensin ja saavuttaa turvallisen enimmäisjännitteen (esim. 4,2 V monissa litiumionityypeissä). Oikein toimiva BMS havaitsee tämän ja pysäyttää koko latausprosessin asianmukaisesti vaarallisen ylilatauksen estämiseksi.
Tulos: Muut, terveemmät solut, joilla on suurempi kapasiteetti, jäävät kroonisesti vajaalatautuneiksi. Pakkaus ei koskaan saavuttaa todellisen, suunnitellun kapasiteettinsa. 100Ah:n akku saattaa latautua vain 95Ah:iin.
Purkautumisongelma: yksi kenno luovuttaa ensin
Sama tapahtuu toisessa päässä. Kun teollisuuslaitteet ottaa virtaa, heikko kenno, jolla on vähemmän polttoainetta, tyhjenee ensin ja saavuttaa turvallisen vähimmäisjännitteen (esim. 3,0 V). BMS tekee jälleen työnsä ja katkaisee virran koko akusta suojellakseen tätä yhtä kennoa ylipurkautumiselta ja pysyvältä vaurioitumiselta.
Tulos: Vahvimmissa soluissa saattaa olla vielä 10-15% energiaa jäljellä, mutta se on täysin käyttökelvotonta. Akun tehollinen käyttöaika lyhenee huomattavasti.
Ennenaikaiseen kuolemaan johtava syöksykierre
Tämä ei ole kertaluonteinen ongelma. Tämä epätasapaino pahenee jokaisen latauksen ja purkauksen yhteydessä. Heikko kenno joutuu jatkuvaan rasitukseen, sillä se painetaan absoluuttisesta maksimista absoluuttiseen minimiin. Samaan aikaan vahvat kennot tuskin hikoilevat ja pyörivät mukavalla keskialueella. Yhden heikon kennon kiihtyvä vanheneminen heikentää nopeasti sen kemiaa, lisää sen sisäistä vastusta ja johtaa lopulta koko kalliin pakkauksen hajoamiseen - vaikka 95% sen sisällä olevista kennoista olisi vielä täysin terveitä.
Ratkaisu käytännössä: Tale of Two Balancing Methods: A Tale of Two Balancing Methods: A Tale of Two Balancing Methods
BMS on sankari, joka taistelee tätä syöksykierrettä vastaan. Se tekee sen ensisijaisesti kahdella tavalla.
Passiivinen tasapainottaminen: "Ruohonleikkuu"
Kuvittele nurmikko, jossa jotkin ruohot kasvavat hieman nopeammin kuin toiset. Passiivinen tasapainottaminen on kuin asettaisi ruohonleikkurin lyhyimmän ruohonkorren korkeudelle ja leikkaisi kaiken sen mukaan. Se tekee työnsä, mutta se on luonnostaan tuhlausta. BMS asettaa pienen vastuksen nopeimmin latautuvien kennojen päälle ja kirjaimellisesti "polttaa" niiden ylimääräisen energian pienenä lämpömääränä, kunnes hitaammat kennot saavat heidät kiinni.
Aktiivinen tasapainotus: "Robin Hood -menetelmä
Aktiivinen tasapainotus on älykkäämpää. Se on kuin pieni, tehokas Robin Hood akkusi sisällä. Se ottaa aktiivisesti hieman energiaa "rikkailta" kennoilta (ne, joissa on korkein varaus) ja antaa sitä tehokkaasti "köyhille" kennoille (ne, joissa on alhaisin varaus). Se käyttää pieniä, tehokkaita muuntimia (kuten kondensaattoreita tai induktoreja) siirtämään energiaa ympäri akkua varmistaen, ettei energiaa mene hukkaan lämpönä.
| Ominaisuus | Passiivinen tasapainotus | Aktiivinen tasapainotus |
|---|
| Menetelmä | Polttaa ylimääräisen energian lämpönä | Siirtää energiaa solujen välillä |
| Tehokkuus | Alhainen (tuhlaavainen) | Korkea (jopa 95%:n hyötysuhde) |
| Nopeus | Hidas (toimii tyypillisesti vain lataussyklin alkupäässä). | Nopea (voi toimia milloin tahansa, latauksen, purkauksen tai levon aikana). |
| Kustannukset ja monimutkaisuus | Edullinen, yksinkertainen piiri | Kalliimpi, monimutkaisempi piiri |
| Paras | Edullisemmat pakkaukset, kulutuselektroniikka, pienivirtaiset sovellukset. | Korkean suorituskyvyn pakkaukset, Kaupallinen ESS, sähköautot, joissa käyttökapasiteetin maksimointi ja elinkaari on kriittinen. |
Kysymykset, jotka sinun on kysyttävä akkutoimittajaltasi
Halpa akkupakettitarjous on usein merkki siitä, että näissä kriittisissä prosesseissa on säästetty. Jos haluat suojella tuotetta, budjettia ja yrityksesi mainetta, kysy mahdolliselta toimittajalta seuraavat kysymykset:
- "Millainen on solujen hankinta- ja laadunvalvontaprosessinne (IQC)?" (Käyttävätkö he A-luokan kennoja, jotka ovat peräisin hyvämaineisilta valmistajilta, kuten Panasonicilta, Samsungilta tai CATL:ltä, vai jäljittelemättömiä B-luokan kennoja?)
- "Mitkä ovat erityiset solujen yhteensovitusprotokollat ja toleranssi-ikkunat?" "Mitkä ovat erityiset solujen yhteensovitusprotokollat ja toleranssi-ikkunat?" (Älä hyväksy epämääräisiä vastauksia. Kysy tarkkoja lukuja, esim. "Sovitamme kapasiteetin ±1%:n tarkkuudella ja sisäisen resistanssin ±2 mΩ:n tarkkuudella.").
- "Minkälaista tasapainotusta BMS-järjestelmäsi käyttää - passiivista vai aktiivista?" (Vastaus kertoo paljon pakkauksen laadusta ja käyttötarkoituksesta.)
- "Mikä on BMS:nne tasapainotusvirta?" "Mikä on BMS:nne tasapainotusvirta?" (Pieni 30mA:n tasapainotusvirta on hyödytön 200Ah:n akussa. Virta on mitoitettava sopivasti pakkauksen kapasiteetin mukaan).)
- "Voitteko toimittaa tehtaan testiraportin, josta käy ilmi tuotantopakkauksiemme alkuperäinen kennotasapaino ja tekniset tiedot?" (Luotettava, laadukas toimittaja vastaa kyllä.)
Päätelmä
Akkupaketti on viime kädessä vain niin vahva kuin sen heikoin, eniten kuormitettu kenno. Jos kennoja ei soviteta huolellisesti yhteen heti alusta alkaen, kokoat huonosti toimivan tiimin, jonka kohtalona on epäonnistua. Ilman älykästä tasapainottamista koko käyttöiän ajan annat tämän tiimin vain ajautua yhä kauemmaksi ja kauemmaksi pois synkronoinnista.
Solujen sovittaminen ja tasapainottaminen eivät ole kulueriä, vaan ne ovat neuvoteltavissa oleva ennakkoinvestointi käyttökapasiteettiin, toiminnan pitkäikäisyyteen ja - mikä tärkeintä - turvallisuuteen. Ne ovat akkupaketin näkymätön, sykkivä sydän, joka on juuri ja juuri toimiivuosi toisensa jälkeen.
Jos määrittelet akkua kriittiseen sovellukseen, älä katso vain tietolomakkeen tietoja. Kysy vaikeita kysymyksiä siitä, mitä akun sisällä on. Toimittajan filosofian ymmärtäminen yhteensopivuuden ja tasapainotuksen suhteen on ensimmäinen ja tärkein askel pitkän aikavälin menestyksen takaamiseksi.
FAQ
Voinko tasapainottaa epätasapainossa olevan akkupaketin manuaalisesti?
Tee-se-itse-projektissa se on teknisesti mahdollista käyttämällä erikoistunutta harrastelatauslaitetta tai erityistä tasapainotuslevyä, mutta se on hidas, huolellinen ja mahdollisesti riskialtis prosessi. Kaupallisesti suljetun pakkauksen kohdalla se on lähes aina epäkäytännöllistä ja mitätöi takuun. Todellinen ratkaisu on hyvä BMS, joka estää merkittävän epätasapainon syntymisen.
Onko aktiivinen tasapainottaminen aina parempi kuin passiivinen tasapainottaminen?
Ei välttämättä. "Parempi" riippuu sovelluksesta. Hyvin toteutettu passiivinen tasapainotusjärjestelmä on täysin riittävä pienitehoisessa laitteessa, jossa kustannukset ovat ensisijaisen tärkeitä ja jossa viimeisenkin kapasiteettipisaran puristaminen ei ole kriittistä. Suuren kapasiteetin Energian varastointijärjestelmä (ESS) tai sähköautossa, jossa tehokkuus ja käyttöikä muuttuvat suoraan rahaksi, aktiivisen tasapainottamisen korkeammat alkukustannukset maksavat itsensä takaisin moninkertaisesti.
Miksi en voi vain vaihtaa pakkaukseni yhtä "huonoa" kennoa?
Koska potkitte vain tölkkiä tielle. Uusi, täyden kapasiteetin kenno, joka lisätään vanhaan, osittain kuluneeseen pakkaukseen, luo vielä huonompi epätasapaino. Uutta solua ei koskaan hyödynnetä täysimääräisesti, ja vanhat solut joutuvat entistä enemmän rasitukseen. Asianmukainen korjaus edellyttää koko pakkausmoduulin uudelleenrakentamista uusilla yhteensopivilla kennoilla.
Entä jos laitteeni käyttää vain yhtä kennoa, kuten taskulamppu? Pitääkö minun huolehtia tästä?
Ei. Kennojen yhteensovittaminen ja tasapainottaminen ovat merkityksellisiä vain sellaisten akkupakettien kohdalla, jotka sisältävät useita sarjaan kytkettyjä kennoja. Jos laitteesi käyttää yhtä kennoa (kuten yhtä 18650- tai 21700-kennoa), nämä asiat eivät koske.