Kerugian inkonsistensi baterai lithium-ion dan cara mengatasinya

Kerugian inkonsistensi baterai lithium-ion dan cara mengatasinya

Daya baterai lithium-ion telah terus menduduki posisi pemimpin dalam catu daya kendaraan listrik.Umur panjang, kepadatan energi tinggi, dan potensi besar untuk perbaikan.Keamanan dapat diubah dan kepadatan energi dapat terus meningkat.Dalam waktu dekat (legenda sekitar 2020), ia dapat mengejar daya tahan dan kinerja biaya kendaraan bahan bakar dan memasuki tahap dewasa pertama kendaraan listrik.Namun, baterai lithium ion juga memiliki masalah baterai lithium ion.

1. Mengapa sebagian besar baterai lithium-ion berukuran kecil

Baterai lithium-ion, baterai silinder, baterai soft-pack, dan baterai persegi yang telah kita lihat pada umumnya cantik dan indah, dan tidak ada yang namanya baterai asam timbal tradisional.Mengapa?

Dengan kepadatan energi yang tinggi, baterai lithium-ion sering takut untuk merancang kapasitas besar.Kepadatan energi baterai timbal-asam sekitar 40Wh / kg, sedangkan baterai lithium-ion telah melebihi 150Wh / kg.Dengan meningkatnya konsentrasi energi, persyaratan untuk keselamatan meningkat.

Pertama-tama, sangat berbahaya bagi baterai lithium-ion yang hanya dapat menggunakan baterai lithium-ion dalam jumlah yang sangat besar dalam suatu kecelakaan, menyebabkan pelarian termal, dan reaksi tajam di dalam baterai.Dalam waktu singkat, terlalu banyak energi tidak bisa dilepaskan, yang sangat berbahaya.Terutama ketika pengembangan teknologi keselamatan dan kemampuan manajemen dan kontrol tidak mencukupi, kapasitas setiap baterai harus ditahan.

Kedua, begitu terjadi kecelakaan, energi yang dibungkus dengan baterai lithium-ion tidak dapat diakses dan tidak berdaya oleh petugas pemadam kebakaran dan agen pemadam.Mereka hanya dapat mengisolasi tempat kejadian jika terjadi kecelakaan dan membiarkan baterai kecelakaan bereaksi dengan sendirinya sampai energi habis.

Tentu saja, untuk alasan keamanan, baterai lithium-ion saat ini telah dirancang dengan berbagai langkah keamanan.Ambil baterai silindris sebagai contoh.

Katup pengaman, ketika reaksi internal baterai melebihi kisaran normal, suhu naik, dan gas reaksi samping dihasilkan, tekanan mencapai nilai desain, katup pengaman otomatis terbuka untuk melepaskan tekanan.Saat katup pengaman terbuka, baterai gagal sepenuhnya.

Termistor, dan beberapa sel dilengkapi dengan termistor.Setelah arus lebih terjadi, setelah resistansi mencapai suhu tertentu, nilai resistansi meningkat tajam, dan arus dalam loop turun, mencegah kenaikan suhu lebih lanjut.

Sekering, sel baterai dilengkapi dengan sekering dengan fungsi sekering arus berlebih, begitu risiko arus berlebih terjadi, sirkuit terputus untuk mencegah terjadinya kecelakaan ganas.

2. Masalah konsistensi baterai Li-ion

Baterai lithium-ion tidak dapat dibuat menjadi besar, jadi banyak baterai kecil harus diatur.Setiap orang dapat bekerja keras dan bekerja sama satu sama lain, dan mereka juga dapat terbang dengan mobil listrik.Saat ini, kita harus menghadapi masalah, konsistensi.

Kenapa harus konsisten

Pengalaman harian kami yang relevan adalah bahwa jika kutub positif dan negatif dari dua baterai kering terhubung, senter dapat memancarkan cahaya.Siapa yang peduli dengan hal-hal yang sama dan tidak konsisten.Aplikasi baterai lithium-ion skala besar tidak sesederhana itu.

Ketidakkonsistenan parameter baterai lithium-ion terutama mengacu pada ketidakkonsistenan kapasitas, resistansi internal, dan tegangan rangkaian terbuka.Jika baterai tidak konsisten digunakan bersama-sama secara seri, masalah berikut akan terjadi.

1) Kehilangan kapasitas.Sel tunggal membentuk baterai.Kapasitas sesuai dengan "prinsip barel".Kapasitas sel terburuk menentukan kapasitas seluruh paket baterai.

Untuk mencegah baterai dari pengisian berlebih dan pengisian berlebih, logika sistem manajemen baterai diatur sebagai berikut: ketika pemakaian, ketika tegangan sel terendah mencapai tegangan cut-off discharge, seluruh paket baterai berhenti pemakaian;saat mengisi daya, ketika tegangan sel tertinggi mencapai tegangan batas pengisian Untuk berhenti mengisi daya.

Ambil dua baterai secara seri sebagai contoh.Satu baterai memiliki kapasitas C, dan yang lainnya hanya memiliki kapasitas 0,9C.Dalam koneksi seri, dua baterai melewati arus yang sama.

Saat mengisi daya, baterai dengan kapasitas kecil harus diisi penuh terlebih dahulu, dan kondisi batas pengisian tercapai, dan sistem tidak akan terus mengisi daya.Ketika pemakaian, baterai dengan kapasitas kecil harus memancarkan semua energi yang tersedia terlebih dahulu, dan sistem segera berhenti pemakaian.

Dengan cara ini, baterai dengan kapasitas kecil selalu sepenuhnya kosong, sementara baterai dengan kapasitas besar selalu menggunakan sebagian dari kapasitas.Bagian dari kapasitas seluruh paket baterai selalu siaga

2) Kehilangan nyawa, sama halnya, masa pakai baterai ditentukan oleh sel dengan masa hidup terpendek.Sangat mungkin bahwa sel dengan rentang hidup terpendek adalah sel dengan kapasitas kecil.Baterai berkapasitas kecil terisi penuh dan habis setiap kali, dan outputnya terlalu kuat, yang cenderung mencapai fokus kehidupan terlebih dahulu.Kehidupan sel baterai telah berakhir, dan sekelompok sel baterai yang dilas bersama akan mati.

3) Resistansi internal meningkat, arus yang sama mengalir melalui resistansi internal yang berbeda, dan sel-sel dengan resistansi internal yang besar menghasilkan lebih banyak panas.Suhu baterai terlalu tinggi, menyebabkan laju deteriorasi semakin cepat, dan resistansi internal akan semakin meningkat.Resistansi internal dan kenaikan suhu membentuk sepasang umpan balik negatif, yang mempercepat penurunan sel resistansi internal yang tinggi.

Tiga parameter di atas tidak sepenuhnya independen.Hambatan internal baterai dengan tingkat penuaan yang dalam lebih besar, dan pelemahan kapasitas juga lebih.Penjelasan terpisah, hanya untuk mengekspresikan dengan jelas arah pengaruhnya masing-masing.

3. Bagaimana cara menghadapi ketidakkonsistenan

Inkonsistensi kinerja inti baterai terbentuk selama proses produksi dan diperdalam saat digunakan.Sel-sel baterai dalam paket baterai yang sama selalu lemah untuk yang lemah, dan menjadi lebih lemah pada tingkat yang dipercepat.Derajat dispersi parameter antara sel-sel tunggal meningkat seiring tingkat penuaan yang semakin dalam.

Saat ini, para insinyur harus mempertimbangkan tiga aspek untuk menangani ketidakkonsistenan sel tunggal.Pengurutan baterai tunggal, manajemen termal setelah pengelompokan, sistem manajemen baterai menyediakan fungsi pemerataan ketika sejumlah kecil ketidakkonsistenan terjadi.

1) Menyortir

Kumpulan baterai yang berbeda tidak boleh digunakan bersama secara teori.Bahkan baterai dari batch yang sama harus disaring, dan baterai dengan parameter yang relatif terkonsentrasi ditempatkan dalam kemasan baterai dan dalam kemasan baterai yang sama.

Tujuan penyortiran adalah untuk memilih sel dengan parameter yang sama.Metode penyortiran telah dipelajari selama bertahun-tahun, dan terutama dibagi menjadi dua kategori: penyortiran statis dan penyortiran dinamis.

Penyortiran statis adalah untuk menyaring tegangan rangkaian terbuka, resistansi internal, kapasitas dan parameter karakteristik lainnya dari sel, memilih parameter target, memperkenalkan algoritma statistik, menetapkan kriteria penyaringan, dan akhirnya membagi kumpulan sel yang sama menjadi beberapa kelompok.

Penapisan dinamis didasarkan pada karakteristik sel baterai selama proses pengisian dan pemakaian.Beberapa memilih proses pengisian arus dan tegangan konstan, beberapa memilih pengisian daya kejut dan proses pengosongan pulsa, dan beberapa membandingkan kurva pengisian dan pemakaian sendiri.hubungan.

Menggabungkan penyortiran dinamis dan statis, penyaringan statis digunakan untuk pengelompokan pendahuluan, dan penyaringan dinamis dilakukan atas dasar ini, sehingga lebih banyak kelompok dapat dibagi dan akurasi penyaringan lebih tinggi, tetapi biayanya akan naik.

Berikut ini adalah refleksi kecil tentang pentingnya skala produksi baterai lithium-ion daya.Pengiriman skala besar memungkinkan produsen untuk melakukan penyortiran yang lebih baik dan mendapatkan paket baterai dengan kinerja yang lebih dekat.Jika output terlalu kecil dan ada terlalu banyak grup, satu batch tidak dapat dilengkapi dengan baterai, dan metode terbaik tidak akan digunakan.

2) Manajemen termal

Untuk baterai dengan resistansi internal yang tidak konsisten, masalah panas yang berbeda muncul.Penambahan sistem manajemen termal dapat menyesuaikan perbedaan suhu dari seluruh paket baterai agar tetap dalam kisaran kecil.Sel yang menghasilkan lebih banyak panas masih akan memiliki kenaikan suhu tinggi, tetapi tidak akan dipisahkan dari sel lain, dan tidak akan ada perbedaan yang signifikan dalam tingkat degradasi.

3) Saldo

Ketidakkonsistenan sel-sel baterai, tegangan terminal dari beberapa sel baterai selalu di depan sel-sel baterai lainnya, mencapai ambang kendali pertama, menghasilkan pengurangan seluruh kapasitas sistem.Untuk mengatasi masalah ini, sistem manajemen baterai BMS telah merancang fungsi balancing.

Sel tertentu pertama kali mencapai tegangan cut-off pengisian, sedangkan tegangan sel lain jelas tertinggal.BMS mengaktifkan fungsi pemerataan muatan, atau menghubungkan resistor untuk melepaskan bagian dari daya sel bertegangan tinggi, atau memindahkan energi menjauh dan membuatnya rendah. Sel tegangan naik.Dengan cara ini, kondisi batas pengisian terangkat, proses pengisian daya dimulai kembali, dan baterai diisi daya lebih besar.

Hingga saat ini, ketidakkonsistenan baterai masih merupakan bidang penelitian yang penting dalam industri ini.Tidak peduli seberapa tinggi kepadatan energi sel baterai, kapasitas paket baterai akan sangat berkurang jika menemui ketidakkonsistenan.