0 р.
Оформить заказСтатья обновлена: 2020-12-17
Для получения заданного выходного напряжения литиевые аккумуляторы последовательно соединяются в батарею. Например, для получения батареи вольтажом 24 В последовательно соединяется 7 или 8 LiFePO4 аккумуляторов, а для получения вольтажа 36 В – 10–12 элементов. При зарядке аккумуляторной сборки от общего источника питания с напряжением, соответствующим вольтажу АКБ, нужно обеспечить равномерный уровень заряда всех элементов. При этом важно, чтобы напряжение на каждом элементе не превысило допустимого значения.
Но элементы питания в сборке не идентичны, и достигают предельно допустимого напряжения в разное время. С другой стороны, когда хотя бы на одном аккумуляторе напряжение достигнет допустимого максимума, процесс зарядки необходимо прекратить. Но в таком случае остальные ячейки остаются недозаряженными, и при дальнейшем использовании они разряжаются быстрее.
Такой дисбаланс между ячейками приводит к снижению емкости всей батареи, сокращению времени ее автономной работы и преждевременному выходу из строя «слабых звеньев» – аккумуляторов, которые постоянно оказывались недозаряженными. Для решения этой проблемы используются балансиры. Они выравнивают напряжение на всех аккумах сборки и не позволяют ему превысить пороговое значение. Балансиры могут использоваться как самостоятельно, так и в составе многофункциональных BMS плат или совместно с ними.
Балансирующие системы отслеживают напряжение на последовательно соединенных аккумах, а когда оно достигает граничной величины – включают силовой ключ. Тогда в работу включается балластный резистор. Прирост напряжения на подзаряжаемой ячейке останавливается, когда остаточный ток заряда становится соизмеримым току, идущему через резистор. Остальные элементы, еще не набравшие заряд, в это время продолжают заряжаться.
Процесс зарядки аккумуляторной сборки завершается после срабатывания всех балансиров. В итоге вольтаж всех элементов сборки становится равным заданной предельной величине. В зависимости от используемой схемы, балансиры для LiFePO4 аккумуляторов имеют ток срабатывания 3,52–3,55 В. Номинально вольтаж LFP ячеек составляет 3,2–3,3 В. В заряженном состоянии для них характерно напряжение 3,6 В, а в разряженном –2 В.
По принципу действия различают балансиры 2 типов:
Для самостоятельной сборки простого балансира для LFP ячеек можно воспользоваться распространенной схемой, которая приведена на фото. Но чтобы полноценно использовать регулируемый стабилитрон TL431, его нужно преобразовать в триггер Шмитта. В итоге получится точный и термически стабильный балансир, четко подающий управляющий импульс на силовой ключ.
Для превращения стабилитрона TL431 в триггер Шмитта достаточно включить в схему резистор R5 и p-n-p транзистор Т1. Принцип работы схемы таков: делителем R3, R4 настраивается порог отслеживаемого напряжения. При помощи делителя R3, R4 схему можно перенастроить для контроля любого другого напряжения. Значение предельного тока балансировки задает резистор R7 и напряжение на аккумуляторной секции.
Когда на управляющем электроде напряжение составит 2,5 В, произойдет открытие стабилитрона TL431 и транзистора Т1. Потенциал коллектора возрастет, и частично это напряжение пойдет в цепь через резистор R5. Произойдет лавинное вхождение TL431 в состояние насыщения. В этот момент наблюдается гистерезис – система включается при 3,6 В и выключается при 3,55 В. В затворе силового ключа создается управляющий импульс.
Такой балансир создается в виде самостоятельной платы, подключаемой к балансировочному разъему при зарядке. В современных BMS платах защита элементов питания от перенапряжения и разбалансировки по уровню заряда – это одна из функций защиты, и она выполняется микроконтроллером. Но оптимальным решением считается использование активного балансира в сочетании с BMS платой.
В предыдущей статье нашего блога приведены рекомендации по эксплуатации литий-титанатных аккумуляторов.
;