Системы баланса Li-ion аккумуляторных батарей: активные vs пассивные
Для эффективной работы и сохранения ресурса Li-ion батарей важно, чтобы все ячейки в последовательной схеме имели одинаковое напряжение. Когда среди последовательно соединенных элементов питания возникает разбаланс (разница напряжений), одни ячейки систематически подвергаются перезаряду, а другие – недозаряду. Использование в таком режиме вредит элементам питания, не дает им полноценно работать с использованием всей потенциальной емкости и приводит к преждевременному выходу из строя.
Поэтому выравниванию заряда у последовательно соединенных аккумуляторов уделяется особое внимание. Еще на этапе сборки АКБ важно использовать полностью одинаковые ячейки, чтобы они работали на равных и обеспечивали стабильную работу всей системы. Но даже если соединить абсолютно одинаковые «банки», в процессе эксплуатации их напряжение все равно будет постепенно разбегаться. И чем больше элементов участвует в последовательном соединении, тем острее стоит проблема разбаланса. Для выравнивания вольтажа используют специальные устройства – балансиры для АКБ. Помимо них, балансировку может выполнять BMS плата защиты, если у нее есть такая функция.
Виды балансиров
Все балансиры для аккумуляторных батарей решают одну и ту же задачу – сводят к минимуму разброс напряжений между «банками». Но делают они это по-разному:
- Пассивные – снижают зарядный ток ячеек с большим вольтажом. Например, если замкнуть более заряженную «банку» шунтирующим резистором, то ток заряда частично будет проходить через нее, а частично – через шунт, рассеивая энергию в окружающее пространство виде тепла. В результате такая ячейка заряжается медленнее, а остальные получают возможность «догнать» ее по вольтажу. На этапе разрядки АКБ пассивные балансиры бездействуют.
- Активные – выравнивают вольтаж, перераспределяя энергию между ячейками. Работают и на этапе разрядки, и при зарядке, корректируя токи разряда и заряда для элементов питания с разным напряжением. Фактически такие устройства выступают своеобразными шунтами, которые вместо рассеивания лишней энергии отдают ее менее заряженным аккумам.
Обычно активный балансир для литиевой батареи выглядит как интегральная микросхема, использующая внешние компоненты (MOSFET-транзисторы, трансформаторы или катушки индуктивности). Управляющие устройства тоже могут встраиваться в контрольную микросхему. В итоге разработчик АКБ может скомпоновать активную систему балансировки, учитывая всевозможные требования в зависимости от назначения, схемы сборки и параметров батареи.
Сравнение активных и пассивных систем баланса
| Критерий сравнения | Пассивные | Активные |
| Период работы | Этап зарядки | Этапы зарядки и разрядки |
| Принцип действия | Частичное рассеивание энергии с применением шунтирующих резисторов в форме тепла, чтобы ячейка с большим уровнем заряда заряжалась медленнее. | Перераспределение энергии между «банками». |
| Достоинства | Компактность, простота, низкая цена. | Эффективная балансировка. Отсутствие потерь в виде рассеиваемого тепла. Возможность быстрой зарядки. Максимальное использование энергии, запасаемой АКБ. КПД >0,85. |
| Недостатки | Значительный нагрев при использовании АКБ средней и высокой емкости. Потребность в организации теплоотвода. Невозможность применения всей запасаемой энергии. Снижение КПД системы «АКБ – ЗУ». Снижение эффективности балансировки при быстрой зарядке. |
Более высокая цена ввиду более затратного проектирования и изготовления. Ощутимое потребление тока при постоянном применении (но если модель управляемая и включается в нужные моменты времени под управлением BMS платы, потребление энергии снижается). |
| Когда стоит использовать? | Подходят для батарей малой емкости, собранных из абсолютно идентичных элементов (одного бренда, с одинаковым химическим составом и техническими параметрами, желательно – из одной поставочной партии). | Лучший выбор для емких батарей, особенно если нужен балансировочный ток свыше 5 А. |
В интернет-магазине VirtusTec.ru представлен отличный выбор балансиров для Li-ion, LiFePO4 и LTO батарей, и вы можете купить их с доставкой по всей стране.
Ранее в нашем блоге вышла статья о том, как отличить литиевый аккумулятор от свинцово-кислотного.
