อันตรายจากความไม่สอดคล้องของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและวิธีจัดการกับมัน

อันตรายจากความไม่สอดคล้องของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและวิธีจัดการกับมัน

แบตเตอรี่พลังงานลิเธียมไอออนได้ครองตำแหน่งผู้นำในการจัดหาพลังงานของยานพาหนะไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องอายุการใช้งานยาวนานความหนาแน่นพลังงานสูงและศักยภาพในการปรับปรุงที่ดีความปลอดภัยสามารถเปลี่ยนแปลงได้และความหนาแน่นพลังงานสามารถเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในช่วงเวลาที่คาดการณ์ได้ (ตำนานประมาณปี 2020) มันสามารถทันกับความอดทนและประสิทธิภาพของต้นทุนของยานพาหนะเชื้อเพลิงและเข้าสู่ขั้นตอนแรกที่เป็นผู้ใหญ่ของยานพาหนะไฟฟ้าอย่างไรก็ตามแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนก็มีปัญหากับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

1. ทำไมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่จึงเล็ก

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ทรงกระบอกแบตเตอรี่แบบนิ่มและแบตเตอรี่สี่เหลี่ยมที่เราพบเห็นโดยทั่วไปแล้วจะสวยและสวยงามและไม่มีสิ่งใดเหมือนแบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบดั้งเดิมทำไม?

ด้วยความหนาแน่นพลังงานสูงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักจะกลัวที่จะออกแบบความจุขนาดใหญ่ความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดอยู่ที่ประมาณ 40Wh / kg ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเกิน 150Wh / kgเมื่อความเข้มข้นของพลังงานเพิ่มขึ้นความต้องการด้านความปลอดภัยก็เพิ่มสูงขึ้น

ก่อนอื่นมันเป็นสิ่งที่อันตรายมากสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่สามารถใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปริมาณที่มากเกินไปในอุบัติเหตุทำให้เกิดความร้อนและมีปฏิกิริยาที่คมชัดภายในแบตเตอรี่ในช่วงเวลาสั้น ๆ พลังงานมากเกินไปไม่มีที่จะปล่อยซึ่งเป็นอันตรายมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการพัฒนาเทคโนโลยีความปลอดภัยและความสามารถในการจัดการและการควบคุมไม่เพียงพอความจุของแบตเตอรี่แต่ละก้อนควรได้รับการ จำกัด

ประการที่สองเมื่อเกิดอุบัติเหตุพลังงานที่ห่อไว้ในเปลือกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะไม่สามารถเข้าถึงได้และไร้อำนาจโดยเจ้าหน้าที่ดับเพลิงและตัวแทนดับเพลิงพวกเขาสามารถแยกฉากในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุและอนุญาตให้แบตเตอรี่อุบัติเหตุเกิดปฏิกิริยาด้วยตัวเองจนกว่าพลังงานจะหมด

แน่นอนด้วยเหตุผลด้านความปลอดภัยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบันได้รับการออกแบบด้วยมาตรการความปลอดภัยหลายประการยกตัวอย่างแบตเตอรี่ทรงกระบอก

วาล์วนิรภัยเมื่อปฏิกิริยาภายในของแบตเตอรี่เกินช่วงปกติอุณหภูมิจะสูงขึ้นและก๊าซด้านข้างเกิดขึ้นแรงดันถึงค่าออกแบบวาล์วนิรภัยจะเปิดโดยอัตโนมัติเพื่อปล่อยแรงดันเมื่อวาล์วนิรภัยเปิดขึ้นแบตเตอรี่ก็จะล้มเหลวอย่างสมบูรณ์

เทอร์มิสเตอร์และบางเซลล์มีเทอร์มิสเตอร์เมื่อกระแสเกินเกิดขึ้นหลังจากความต้านทานถึงอุณหภูมิที่กำหนดค่าความต้านทานจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและกระแสในลูปจะลดลงเพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิสูงขึ้น

ฟิวส์เซลล์แบตเตอรี่มีฟิวส์ที่มีฟังก์ชั่นการหลอมรวมกระแสเกินเมื่อมีความเสี่ยงที่จะเกิดกระแสเกินวงจรจะถูกตัดการเชื่อมต่อเพื่อป้องกันการเกิดอุบัติเหตุร้ายแรง

2. ปัญหาความสอดคล้องของแบตเตอรี่ Li-ion

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไม่สามารถทำให้เป็นก้อนใหญ่ได้ดังนั้นจึงต้องมีการจัดเรียงแบตเตอรี่ขนาดเล็กจำนวนมากทุกคนสามารถทำงานหนักและร่วมมือกันและสามารถบินด้วยรถยนต์ไฟฟ้าได้ในเวลานี้เราต้องเผชิญกับปัญหาความมั่นคง

ทำไมต้องสอดคล้องกัน

ประสบการณ์ที่เกี่ยวข้องในชีวิตประจำวันของเราคือหากขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่แห้งสองก้อนเชื่อมต่อกันไฟฉายจะสามารถเปล่งแสงออกมาได้ใครสนใจเรื่องเดียวกันและไม่สอดคล้องกันแอพพลิเคชั่นขนาดใหญ่ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนนั้นไม่ง่ายเลย

ความไม่สอดคล้องกันของพารามิเตอร์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่หมายถึงความไม่สอดคล้องกันของความจุความต้านทานภายในและแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดหากใช้แบตเตอรี่ที่ไม่สอดคล้องกันพร้อมกันเป็นชุดปัญหาดังต่อไปนี้จะเกิดขึ้น

1) การสูญเสียกำลังการผลิตเซลล์เดียวในรูปแบบแบตเตอรี่กำลังการผลิตสอดคล้องกับ "หลักการบาร์เรล"ความจุของเซลล์ที่แย่ที่สุดกำหนดความจุของแบตเตอรี่ทั้งหมด

เพื่อป้องกันแบตเตอรี่จากการบรรจุมากเกินไปและเกินขนาดการตั้งค่าลอจิกของระบบการจัดการแบตเตอรี่มีดังนี้: เมื่อคายประจุเมื่อแรงดันเซลล์ต่ำสุดถึงแรงดันตัดจำหน่ายชุดแบตเตอรี่ทั้งหมดจะหยุดการคายประจุเมื่อชาร์จเมื่อแรงดันเซลล์สูงสุดถึงแรงดันตัดค่าใช้จ่ายเพื่อหยุดการชาร์จ

ยกตัวอย่างแบตเตอรี่สองก้อนเป็นชุดแบตเตอรี่หนึ่งก้อนมีความจุ C และแบตเตอรี่หนึ่งก้อนมีความจุเพียง 0.9Cในการเชื่อมต่อแบบอนุกรมแบตเตอรี่สองก้อนจะผ่านกระแสเดียวกัน

เมื่อทำการชาร์จแบตเตอรี่ที่มีความจุขนาดเล็กจะต้องทำการชาร์จให้เต็มก่อนและถึงเงื่อนไขการตัดการชาร์จและระบบจะไม่ทำการชาร์จต่อไปเมื่อทำการคายประจุแบตเตอรี่ที่มีความจุขนาดเล็กจะต้องปล่อยพลังงานที่มีอยู่ทั้งหมดออกก่อนและระบบจะหยุดการคายประจุทันที

ด้วยวิธีนี้แบตเตอรี่ที่มีความจุขนาดเล็กจะถูกปล่อยออกมาอย่างเต็มที่เสมอในขณะที่แบตเตอรี่ที่มีความจุขนาดใหญ่จะใช้ความจุส่วนหนึ่งเสมอส่วนหนึ่งของความจุของแบตเตอรี่ทั้งหมดไม่ได้ใช้งานเสมอ

2) การสูญเสียชีวิตในทำนองเดียวกันอายุของแบตเตอรี่จะถูกกำหนดโดยเซลล์ที่มีอายุการใช้งานสั้นที่สุดมีโอกาสมากที่เซลล์ที่มีช่วงชีวิตสั้นที่สุดคือเซลล์ที่มีความจุน้อยแบตเตอรี่ความจุขนาดเล็กจะชาร์จและคายประจุจนเต็มทุกครั้งและเอาต์พุตจะแรงเกินไปซึ่งน่าจะเป็นจุดสนใจของชีวิตก่อนอายุของเซลล์แบตเตอรี่จะสิ้นสุดลงและกลุ่มของเซลล์แบตเตอรี่ที่เชื่อมติดกันจะตาย

3) ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้นกระแสเดียวกันไหลผ่านความต้านทานภายในที่แตกต่างกันและเซลล์ที่มีความต้านทานภายในขนาดใหญ่จะสร้างความร้อนมากขึ้นอุณหภูมิของแบตเตอรี่สูงเกินไปทำให้อัตราการเสื่อมสภาพเร็วขึ้นและความต้านทานภายในจะเพิ่มขึ้นอีกความต้านทานภายในและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิก่อให้เกิดการตอบรับเชิงลบซึ่งเร่งการเสื่อมสภาพของเซลล์ต้านทานภายในสูง

พารามิเตอร์ทั้งสามข้างต้นไม่ได้เป็นอิสระอย่างสมบูรณ์ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ที่มีระดับความชราที่ลึกกว่านั้นใหญ่กว่าและการลดทอนความจุก็ยิ่งมากขึ้นคำอธิบายแยกต่างหากเพียงเพื่อแสดงทิศทางที่ชัดเจนของการมีอิทธิพล

3. วิธีจัดการกับความไม่สอดคล้อง

ความไม่สอดคล้องกันของประสิทธิภาพการทำงานของแกนแบตเตอรี่จะเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการผลิตและลึกลงไปในระหว่างการใช้งานเซลล์แบตเตอรี่ในก้อนแบตเตอรี่เดียวกันจะอ่อนสำหรับผู้ที่อ่อนแอเสมอและอ่อนแอลงในอัตราเร่งระดับการกระจายตัวของพารามิเตอร์ระหว่างเซลล์เดียวเพิ่มขึ้นเมื่อระดับความแก่ชราลึกขึ้น

ในปัจจุบันวิศวกรควรพิจารณาสามด้านเพื่อจัดการกับความไม่สอดคล้องของเซลล์เดี่ยวการจัดเรียงแบตเตอรี่เดี่ยวการจัดการระบายความร้อนหลังจากจัดกลุ่มระบบการจัดการแบตเตอรี่จะให้ฟังก์ชันการทำให้เท่าเทียมกันเมื่อเกิดความไม่สอดคล้องเล็กน้อย

1) การเรียงลำดับ

ไม่ควรใช้แบตช์ที่แตกต่างกันในทางทฤษฎีแม้แต่แบตเตอรี่ของแบทช์เดียวกันก็ต้องผ่านการคัดกรองและแบตเตอรี่ที่มีพารามิเตอร์ที่ค่อนข้างเข้มข้นจะถูกวางไว้ในแบตเตอรี่และในแบตเตอรี่ก้อนเดียวกัน

วัตถุประสงค์ของการจัดเรียงคือการเลือกเซลล์ที่มีพารามิเตอร์ที่คล้ายกันวิธีการเรียงลำดับได้รับการศึกษาเป็นเวลาหลายปีและส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองประเภท: การเรียงแบบคงที่และการเรียงลำดับแบบไดนามิก

การเรียงลำดับแบบคงที่คือการคัดกรองแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด, ความต้านทานภายใน, ความจุและพารามิเตอร์ลักษณะอื่น ๆ ของเซลล์, เลือกพารามิเตอร์เป้าหมาย, แนะนำอัลกอริทึมทางสถิติ, กำหนดเกณฑ์การคัดกรองและสุดท้ายแบ่งชุดเดียวกันของเซลล์ออกเป็นหลายกลุ่ม

การคัดกรองแบบไดนามิกขึ้นอยู่กับลักษณะของเซลล์แบตเตอรี่ในระหว่างกระบวนการชาร์จและการคายประจุบางคนเลือกกระบวนการชาร์จกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าคงที่บางคนเลือกประจุช็อกพัลส์และกระบวนการจ่ายกระแสไฟฟ้าและบางคนเปรียบเทียบเส้นโค้งการชาร์จและการคายประจุของตัวเองความสัมพันธ์

การรวมการเรียงลำดับแบบไดนามิกและแบบคงที่จะใช้การคัดกรองแบบคงที่สำหรับการจัดกลุ่มเบื้องต้นและการคัดกรองแบบไดนามิกจะดำเนินการบนพื้นฐานนี้เพื่อให้สามารถแบ่งกลุ่มได้มากขึ้นและความแม่นยำในการคัดกรองสูงขึ้น แต่ค่าใช้จ่ายจะสูงขึ้น

นี่คือภาพสะท้อนขนาดเล็กของความสำคัญของระดับการผลิตของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนการจัดส่งขนาดใหญ่ช่วยให้ผู้ผลิตทำการคัดแยกที่ละเอียดยิ่งขึ้นและรับชุดแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพใกล้กว่าหากเอาต์พุตมีขนาดเล็กเกินไปและมีหลายกลุ่มมากเกินไปจะไม่สามารถติดตั้งแบตเตอรีหนึ่งก้อนได้และจะไม่ใช้วิธีที่ดีที่สุด

2) การจัดการความร้อน

สำหรับแบตเตอรี่ที่มีความต้านทานภายในไม่คงที่ปัญหาความร้อนต่างกันจะปรากฏขึ้นการเพิ่มระบบการจัดการความร้อนสามารถปรับความแตกต่างของอุณหภูมิของก้อนแบตเตอรี่ทั้งหมดเพื่อให้อยู่ในช่วงขนาดเล็กเซลล์ที่สร้างความร้อนมากขึ้นจะยังคงมีอุณหภูมิสูงขึ้น แต่จะไม่แยกออกจากเซลล์อื่นและจะไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในระดับการย่อยสลาย

3) ยอดคงเหลือ

ความไม่สอดคล้องกันของเซลล์แบตเตอรี่แรงดันไฟฟ้าเทอร์มินัลของเซลล์แบตเตอรี่บางเซลล์อยู่เสมอก่อนเซลล์แบตเตอรี่อื่น ๆ ถึงขีด จำกัด การควบคุมก่อนทำให้ความจุของระบบทั้งหมดลดลงเพื่อแก้ปัญหานี้ระบบการจัดการแบตเตอรี่ BMS ได้ออกแบบฟังก์ชั่นการทรงตัว

เซลล์หนึ่งถึงแรงดันตัดชาร์จก่อนในขณะที่แรงดันไฟฟ้าของเซลล์อื่น ๆ จะล้าหลังอย่างเห็นได้ชัดBMS จะเปิดใช้งานฟังก์ชั่นการปรับสมดุลประจุไฟฟ้าหรือเชื่อมต่อตัวต้านทานเพื่อคายประจุส่วนหนึ่งของพลังงานเซลล์แรงดันสูงหรือถ่ายโอนพลังงานออกไปและวางไว้ที่ระดับต่ำเซลล์แรงดันไฟฟ้าจะสูงขึ้นด้วยวิธีนี้สภาพการตัดประจุจะถูกยกขึ้นกระบวนการชาร์จจะเริ่มต้นใหม่และแบตเตอรี่จะถูกชาร์จด้วยพลังงานที่มากขึ้น

จนถึงขณะนี้ความไม่สอดคล้องของแบตเตอรี่ยังคงเป็นพื้นที่สำคัญของการวิจัยในอุตสาหกรรมไม่ว่าความหนาแน่นของพลังงานของเซลล์แบตเตอรี่จะสูงเพียงใดความจุของแบตเตอรี่จะลดลงอย่างมากหากพบความไม่สอดคล้องกัน