Перейти к содержанию

Балансировка ячеек аккумуляторной батареи

В последовательной батарее ток через все ячейки одинаковый, а сами ячейки — нет: ёмкость, саморазряд и сопротивление у них немного разные. Со временем напряжения расходятся, и одна ячейка начинает перезаряжаться, пока другие ещё не заряжены. Балансировка этому мешает.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Балансировка ячеек (cell balancing) — выравнивание напряжений или степени заряженности ячеек, соединённых последовательно. Ячейки одной партии всё равно различаются ёмкостью, внутренним сопротивлением и саморазрядом, а ток через цепочку у всех один. В итоге одна ячейка доходит до полного заряда раньше других и при продолжении заряда перезаряжается.

Откуда разбаланс

TI в записке SLUAAR1 отмечает, что у LiFePO4 саморазряд выше, чем у обычного Li-ion, и с возрастом это вызывает разбаланс ячеек. Разница в саморазряде за месяцы хранения превращается в разницу заряда, которую сам заряд через общую цепочку не исправляет.

Пассивная балансировка

Самый распространённый способ — разряжать наиболее заряженные ячейки через резистор и ключ, пока остальные заряжаются. Пример — монитор батареи TI BQ76920 на 3–5 ячеек:

ПараметрЗначение
Ток внутренней балансировкидо 50 мА на ячейку
Внешняя балансировкана внешних ключах, ток больше
Доля времени на балансировкуоколо 70 % каждых 250 мс
Соседние ячейкиодновременно балансировать нельзя
Кто решает, какую ячейку разряжатьуправляющий микроконтроллер

Энергия при пассивной балансировке уходит в тепло, и током 50 мА разбаланс в сотни мА·ч выравнивается часами. Активная балансировка переносит заряд между ячейками через катушки или конденсаторы, это быстрее и экономнее, но сложнее.

Важно для безопасности

Разбаланс опасен не только потерей ёмкости. Если зарядник следит только за общим напряжением батареи, одна ячейка может оказаться перезаряженной при вполне нормальной сумме. Поэтому многоячеечным литиевым батареям нужен контроль напряжения каждой ячейки — плата защиты или монитор батареи. Для сборок из ионисторов та же задача решается похоже, см. балансировку суперконденсаторов.

Частые вопросы

Нужна ли балансировка, если в батарее есть плата защиты?

Плата защиты отключит заряд, когда первая ячейка дойдёт до порога перезаряда, но не выровняет остальные. Без балансировки разбаланс с каждым циклом растёт, и полезная ёмкость батареи падает до ёмкости самой слабой ячейки. Многие контроллеры защиты, например TI BQ76920, имеют встроенные ключи балансировки.

Чем пассивная балансировка отличается от активной?

Пассивная сжигает избыток заряда самой заряженной ячейки на резисторе, пока остальные её догоняют. Активная переносит заряд из одной ячейки в другую через катушки или конденсаторы. Пассивная проще и дешевле и выравнивает медленно; у BQ76920 внутренними ключами — до 50 мА на ячейку.

Почему нельзя балансировать соседние ячейки одновременно?

TI для BQ769x0 запрещает это прямо: при одновременном включении ключей двух соседних ячеек напряжения на выводах микросхемы выходят за предельно допустимые значения. Контроллер должен включать балансировку через одну ячейку, чередуя группы.

Источники

  1. Texas Instruments. BQ769x0 3-Series to 15-Series Cell Battery Monitor Family for Li-Ion and Phosphate Applications, SLUSBK2I (October 2013, revised March 2022) — разд. 8.3.1.3.3 Cell Balancing: BQ76920 поддерживает внутреннюю и внешнюю пассивную балансировку, алгоритм определяет управляющий контроллер; внутренними ключами — до 50 мА на ячейку, внешними — больше; одновременно можно балансировать несколько ячеек, но не соседние — иначе выводы выходят за предельные значения; на балансировку отводится около 70 % каждых 250 мс; при включённой балансировке время измерения ячеек в группе сокращается с 50 до 12,5 мс; RDSFET внутреннего ключа 1–10 Ом при 3,6 В
  2. Texas Instruments. LiFePO4 Design Considerations, SLUAAR1 (July 2023) — табл. 1-1: у LiFePO4 выше саморазряд, что с возрастом может вызвать разбаланс ячеек; суперконденсаторам из-за низкого напряжения нужны последовательные сборки и, возможно, схема балансировки

Нашли ошибку?

Смотрите также