Литий-ионные (Li-Ion) и литий-железо-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторные батареи состоят из ячеек, которые соединены последовательно либо параллельно. С течением времени параметры элементов начинают расходиться: одни заряжаются быстрее, другие медленнее. Из-за такого разбаланса снижается емкость всей батареи, ускоряется ее износ – как следствие, она может преждевременно выйти из строя.
Решить проблему можно путем подключения к аккумуляторной батарее балансира – устройства, которое выравнивает напряжение на ячейках.
Зачем нужна балансировка
В LiFePO4 и Li-Ion батареях, состоящих из нескольких последовательно соединенных ячеек, значение общего напряжения АБ (U) равно сумме напряжений (ƩU) всех элементов. Например, аккумуляторная батарея на 12 вольт может иметь в составе 6 банок по 2 вольта каждая. Зарядное устройство, используемое для подзарядки такого источника питания, «считывает» именно общее напряжение АБ и производит заряд батареи, ориентируясь на этот показатель. Проблема в том, что U отдельных элементов может различаться. Это происходит по разным причинам, в том числе – вследствие износа. В результате заряд ячеек происходит неравномерно: когда одни готовы к работе, другие остаются недозаряженными. Это ведет к перегреву АБ и преждевременному выходу ее из строя. Продлить срок службы литиевой аккумуляторной батареи можно за счет балансировки или выравнивания напряжения в общей схеме.
Появились вопросы?
Наши специалисты всегда готовы на них ответить!
Типы балансиров
В зависимости от принципа действия различают следующие виды балансиров для LiFePO4 и Li-Ion АБ может быть:
- Пассивный балансир. Он способен разряжать ячейки, напряжение которых превышает средний показатель. Это происходит за счет того, что в процессе заряда АБ устройство ограничивает подачу напряжения к элементам, заряженным больше других. Балансир пропускает часть тока через себя, позволяя зарядиться остальным банкам;
- Активный балансир. Такое устройство обеспечивает перенос энергии с одного элемента на другой. Балансир сравнивает U двух ячеек, после чего от элемента с большим напряжением заряжается конденсатор. Затем от конденсатора заряжается менее заряженный элемент. Процедура повторяется до выравнивания U на всех ячейках.
Особенности работы устройств разного типа
Балансировочный узел обычно вмонтирован в BMS-плату, выполняющую функции системы управления батареей.
- Пассивный балансир для аккумуляторных батарей оперирует малыми токами, но обеспечивает более точное выравнивание. Пассивная балансировка начинается при разбалансе 0,1 В или даже меньше. При этом выравнивание напряжений сопровождается большими потерями энергии, и балансировка возможна только при заряде АБ.
- Активный балансир включается в работу, когда разница U между ячейками достигает 0,5 В и более. Преимущества активной балансировки – малые потери энергии, выравнивание как при заряде, так и при разряде аккумуляторной батареи.
Сравнение типов балансиров
| Параметр | Пассивный балансир | Активный балансир |
|---|---|---|
| Принцип работы | Рассеивание заряда | Перенос заряда |
| Потери энергии | Высокие | Минимальные |
| Сложность схемы | Низкая | Высокая |
| Стоимость | Дешевле | Дороже |
| Область применения | Малые батареи | Большие батареи, тяговые системы |
Как подключается балансир
- Балансиры ставятся между ячейками в составе батареи.
- В пассивных схемах применяются простые резисторы или контроллеры с отводом лишнего тока.
- В активных схемах используются DC-DC преобразователи или специальные микросхемы для передачи энергии.
- В промышленных аккумуляторах балансиры чаще всего встроены в BMS — систему управления батареей.
Подключение активного балансира выполняется через балансировочные провода, которых всегда на один больше, чем число ячеек или параллельных секций. Первый провод припаивается к минусу первой группы ячеек, остальные — к переходам между секциями, а последний — к плюсовому выводу батареи.
Важно: сначала проверяют правильность подключения проводов, и только после этого подсоединяют разъём в плату, чтобы избежать повреждения устройства.
Можно ли использовать балансир без BMS? Теоретически да, но на практике надёжнее — в составе BMS. Это даёт полный контроль: защита от перезаряда, переразряда, перегрева.
Заключение
Балансир — обязательный элемент для литиевых аккумуляторов, обеспечивающий равномерную работу всех ячеек. Пассивные балансиры подходят для небольших систем, активные — для промышленных решений с высокой ёмкостью.
Компания НЭТЕР выпускает аккумуляторные батареи с интегрированными системами балансировки и надёжными BMS, что гарантирует долгий срок службы и безопасность эксплуатации. Если вашему проекту требуется аккумулятор под конкретные условия, наши инженеры помогут подобрать оптимальное решение.
