Алгоритм зарядки li ion аккумулятора: Зарядка для Li-Ion — Схемы радиолюбителей

Импульсная зарядка для литий-ионных аккумуляторов (без микропроцессора)

Всем нам уже все уши прожужжали, что литий-ионные аккумуляторы правильнее всего заряжать постоянным током до напряжения 4.2 В. По достижении данного значения считается, что аккумулятор набрал где-то 70-80% своей максимальной емкости. К слову сказать, этот момент наступает достаточно быстро и чем больше был ток заряда, тем быстрее.

Теперь остается зафиксировать на аккумуляторе это напряжение и подержать его так еще какое-то время. За это время аккумулятор должен набрать еще процентов 20 емкости. Ток заряда при этом будет неуклонно снижаться но, что немаловажно, до нуля так никогда и не дойдет. Окончанием заряда можно считать снижение тока до ~0.05 от номинальной емкости (той, которая указана на этикетке).

Это так называемый двухэтапный режим заряда CC/CV, о котором более подробно мы рассказывали в этой статье.

Описанная логика по своей сути очень правильная и в первом приближении не имеет недостатков: быстрый набор основной емкости, четко заданные критерии перехода к фазе снижения тока и момента окончания зарядки. Но так ли это?

На самом деле, для описанной выше логике работы зарядных устройств порог в 4.2 вольта выбран далеко не случайно. Дело в том, что длительное прикладывание повышенного напряжение к li-ion аккумуляторам ведет к деградации их электродов и электродных масс (электролита) и, как следствие, потери емкости. А так как фаза заряда с фиксированным напряжением и падающим током обычно довольно длительная, то желательно ограничить напряжение сверху на уровне 4.2 (или 4.24В). Что и делается на практике.

Однако, более правильным было бы контролировать напряжение на аккумуляторе не тогда, когда через него протекает большой зарядный ток, а во время холостого хода. Дело в том, что в зависимости от величины внутреннего сопротивления батареи и тока, напряжение на аккумуляторе может запросто достигать 4.3 и даже 4.4 Вольта (если, конечно, нет PCB-модуля, который отрубит акб из-за перенапряжения). Таким образом, зарядное устройство перейдет в режим стабилизации напряжения немного раньше, чем хотелось бы, увеличивая тем самым общее время заряда.

Заряд импульсами тока с паузами между ними

Умная зарядка дейстовала бы следующим образом: сначала отключила бы зарядный ток, выждала бы небольшую паузу, измерила бы напряжение холостого хода на аккумуляторе и на основании этого приняла бы решение о своих дальнейших действиях. Чем ближе напряжение приблизилось к 4.15В (это напряжение полностью заряженного аккумулятора), тем более короткий импульс зарядного тока выдает зарядка. Как только напряжение достигнет заданного порога (4.15 вольта), импульсы тока совсем прекратятся.

Вот как это выглядит на графике:

В таком зарядном устройстве можно оставлять аккумулятор на сколь угодно длительное время, и он будет подзаряжаться по мере необходимости.

Мы только что описали еще один (более правильный) способ зарядки литиевых аккумуляторов — импульсный. Но такие зарядки менее распространены, так как для реализации этого алгоритма требуется микропроцессорное управление, что усложняет и удорожает схему.

Схема зарядника

Но не надо грустить! Оказывается, существует схема импульсного зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов БЕЗ МИКРОПРОЦЕССОРА. Вот она:

Как это ни удивительно эта несложная схема в полной мере реализует весь описанный выше алгоритм заряда при полном отсутствии «мозгов». Схема работает следующим образом.

С момент включения схема начинает заряжать аккумулятор постоянным током. Величина тока зависит от напряжения питания и сопротивления резистора RD.

В момент, когда напряжение на элементе при наличие зарядного тока начинает превышать 4,15 Вольта, компаратор (KA393 или KIA70XX) видит это и закрывает транзистор VT1. Далее следует пауза, за время которой напряжение на элементе снижается до своего истинного значения. Т.к. напряжение холостого хода на аккумуляторе ещё не достигло величины 4,15 В, оно вскоре упадет ниже этого значения. Компаратор, увидив это, вновь откроет зарядный ключ.

Процесс будет повторяться снова и снова, с той лишь разницей, что по мере зарядки аккумулятора импульсы зарядного тока будут всё время сокращаться, а длительность паузы между импульсами, наоборот, увеличиваться. То есть будет увеличиваться скважность импульсов.

Ближе к концу зарядки длительность импульса зарядного тока составляет доли процента от длительности паузы между ними, а напряжение на элементе будет практически равно 4,15 Вольта (конкретное значение выставляется потенциометром R1 при настройке схемы).

Теперь о деталях. Разумеется, можно использовать обычный трансформатор без средней точки. Прекрасно можно обойтись и однополупериодным выпрямителем. А еще проще взять в качестве питания какой-нибудь уже готовый 5-вольтовый зарядник от сотового телефона. Чтобы его не спалить возможно придется еще сильнее ограничить ток заряда, увеличив RD, например, до 0.47 Ом.

Транзисторы что-то типа KTA1273. Силовой полевик указан на схеме, но еще лучше взять PHB108NQ03LT (выпаять из старой материнской платы от компа).

Подстроечник 470 Ом. И не самых маленьких размеров, т.к. он все-таки должен рассеивать какую-то мощность. Брать более 470 ом не советую, т.к. это увеличивает гистерезис срабатывания микросхемы KIA (микросхема может просто вырубить зарядку вместо того, чтобы генерировать импульсы, как задумано).

Схемы можно объединять в последовательные цепочки. Это позволяет заряжать батареи из последовательно соединенных аккумуляторов.

Внимание! В случае одновременного заряда нескольких элементов соединенных последовательно, для каждого аккумулятора должна использоваться своя схема со своим собственным трансформатором питания. Или со своей собственной вторичной обмоткой трансформатора. В любом случае каждый канал должен иметь собственный источник питания, не имеющий гальванической связи с другими источниками. В противном случае некоторые из аккумуляторов окажутся замкнутыми накоротко и произойдет небольшой ба-ба-бах!

Схему можно значительно упростить, выкинув необязательные цепи, а также заменив полевик на обычный биполярный транзистор. Вот, например, парочка вполне рабочих вариантов:

Транзистор можно заменить на наш дубовый КТ837. Питания лучше не делать больше 6 вольт, т.к. чем оно выше, тем сильнее все будет греться. Резистором R1 при сильно разряженном аккумуляторе нужно ограничить ток на уровне 700-800 мА, этого будет вполне достаточно для одного элемента li-ion. При подборе резистора главное не превысить максимальную мощность силового транзистора и способности источника питания.

Если не получилось найти микросхемы KIA70хх, их можно заменить другими детекторами напряжения, например, BD4730. Вот вариант зарядки с этой микросхемой:

Для того, чтобы настроить схему, необходимо отловить момент, когда напряжение на аккумуляторе станет ровно 4.2В и в этот момент выставить на 5-ом выводе микросхемы напряжение 2.99 Вольта (при помощи резистора R6). Если есть регулируемый блок питания, можно выставить на нем ровно 4.2 Вольта и на время настройки подключить его вместо аккумулятора.

Любая из этих схем позволяет заряжать литиевые аккумуляторы любых типоразмеров и емкостей (с учетом коррекции зарядного тока) — от небольших элементов в призматических корпусах до циллиндрических 18650 или гигантских 42120.

Схема зарядки li-ion аккумулятора от USB

Сегодня статья будет на тему зарядного устройства для литий ионных аккумуляторов. Так как число заходов на страницы сайта по запросу «схема зарядки li-ion аккумулятора» существенно возросло. Можно даже сказать этих запросов большинство за день. Поэтому дабы удовлетворить информационный спрос, посвятим этой теме отдельную рубрику.

Для начала представляю вам простейшую схему зарядки для 3,7 вольтовых, литий ионных аккумуляторов. Питание  5 вольт, в данной схеме осуществляется от USB компьютера, Адаптера постоянного тока на 5 вольт (например зарядное от мобильного телефона) или маломощной солнечной батареи. Мощность зарядного устройтва предполагается около 1 ампера.

 

Мозгом и сердцем схемы служит микрочип MCP73831. Весьма легко достать или приобрести в радио магазине. Средняя цена около 1,5 — 2 американских вечнозелёных. Можно заказать у китайцев по ссылке всего за $3.88 за 10 шт.  MCP73831 является одним из не дорогих микрочипов в линейке контролёров управления заряда для использования на ограниченном пространстве на плате. Даташит на MCP73831 можно посмотреть по ссылке. Эта микросхема использует постоянный ток / постоянный алгоритм заряда. А так же прекращает зарядку при полностью заряженном аккумуляторе.

Приведу общую схему:

Литий-ионные аккумуляторы стали популярными в портативной электронике, потому что они могут похвастаться самой высокой плотностью энергии среди любой батареи, используемой в коммерческих целях. Преимущества включают в себя тысячи перезарядок и не возникновение «эффекта памяти», в отличии от никель-кадмиевых аккумуляторов. Тем не менее, Литий-ионные аккумуляторы должны заряжаться при тщательном контроле постоянного тока и постоянного напряжения. Переизбыток заряда и неосторожное обращение с литий-ионными элементами может привести к повреждению или нестабильной работе батареи.

Итак, как уже говорилось, ток заряда должен быть около 1 ампера. Подаваемое напряжение не должно превышать 5 вольт. Предполагаемые размеры платы зарядного устройства, не велики, около 25 х 19 х 10 мм.

Все необходимые элементы показаны на схеме. В качестве приемника 5 вольт служит гнездо под мини USB, но ваша фантазия не ограничена. Можно хоть напрямую впаять провода от адаптера 5 v.

• Амперметр может быть подключен, только ко входу +5 v.
• Ели входное напряжение, всё же будет незначительно больше, то ток заряда соответственно тоже будет больше. Но это ничего страшного, так как микрочип MCP73831 отсечет излишнее напряжение на выходе.
• Так же микросхема прекратит зарядку при достижении аккумулятором напряжения в 3,7 v.
• Лучше всего, чтобы зарядный ток составлял 35 — 37 % от ёмкости заряжаемого аккумулятора. Тоесть если АКБ на 1000 мА, то ток заряда должен быть около 400 мА.

Готовые платки под пайку:

Вот так выглядит готовая плата зарядного устройства литий ионных аккумуляторов.

Напомню, размеры должны получиться около  25 х 19 х 10 мм.

Хотя схема крайне проста в разработке и сборке  и собрать её не составит особого труда, считаю за необходимое вас уведомить, что данную схему вы можете приобрести по цене не более $2, как вы уже догадались, у китайцев.

Крепить же саму банку аккумулятора можно, например, с помощью неодимовых магнитов, а так же смотрите другие варианты крепления контактов для баночных аккумуляторов

На этом всё, скоро покажу другие схемы зарядок для нескольких банок и схемы балансирующих зарядный устройств.

Схемы зарядки для литиевых аккумуляторов 18650. Схема зарядки li-ion аккумулятора от USB

Как сделать для li-ion аккумуляторов своими руками из подручных материалов практически даром. Собираем простое зарядное для Литий-ионных аккумуляторов, практически из хлама.

Накопилось у меня большое количество аккумуляторов от ноутбучных аккумуляторов, формата 18650. Обдумывая как их заряжать, я решил не заморачиваться с китайскими модулями, да и закончились они у меня к тому времени. Решил собрать воедино две схемы. Датчик тока и плата BMS с аккумулятора мобильного телефона. Проверено на практике. Хоть и схема примитивная, но она работает и успешно, ни одного аккумулятора не пострадало.

Схема зарядного устройства

Материалы и инструменты

• шнур USB;
• крокодильчики;
• плата защиты BMS;
• пластиковое яйцо от киндера;
• два светодиода разного цвета;
• транзистор кт361;
• резисторы на 470 и 22 ома;
• двухватный резистор 2.2 ома;
• один диод IN4148;
• инструменты.

Изготовление зарядного устройства

Шнур USB разбираем и снимаем разъем. У меня это от какого-то аипада.

К крокодилам припаиваем провода.

Глубокую часть пластикового киндера утяжеляем, я залил гайку М6 термоклеем.

Спаиваем нашу простую схемку. Все сделано навесным монтажом и распаяно на плате BMS. Светодиод я применил сдвоенный, но можно два одноцветных. Транзистор выпаял из старой советской радио-аппаратуры.

Провода продеваем в отверстие второй, мелкой, половинке пластикового киндера. Припаиваем схему.

Все компактно запихиваем в пластиковое яйцо. Для светодиода делаем отверстие.

Подключаем к USB порту пк или китайской зарядке, у них тока все равно мало.
Во время зарядки горит оранжевым цвет. Т.е. горят оба светодиода.

Когда заряд окончен, горит зеленый, тот который подключен через диод IN4148.
Можно проверить схему, отключив от аккумулятора, загорится светодиод зеленого цвета, свидетельствующий об окончании заряда.

Первый аккумулятор на основе лития появился в 1991 г. Но только на фоне популяризации мобильных телефонов устройства Li-ion также получили широкую востребованность. На данный момент литиевые аккумуляторы используются всюду, где требуется автономное обеспечение работы электронного или технического устройства. Аккумуляторы снабжают энергией бытовую технику, электроинструмент, гаджеты и различное оборудование. За счет низкого порога саморазрядки, возможности восполнять энергию не дожидаясь полного расхода запаса питания и богатого ресурса батареи Li-ion способны поддерживать работу аппаратов, требующих высокую мощность.

Конструкция литиевой батареи

По конструкции Li-ion батареи производятся в призматическом и цилиндрическом исполнениях. Изготовление призматических аккумуляторов происходит путем накладывания пластин прямоугольной формы одна на другую. В таких моделях предусматривается более плотная упаковка по сравнению с цилиндрическими аналогами, но приходится интенсивнее обеспечивать сжимающие усилия в отношении электродов. Цилиндрическое устройство литиевого аккумулятора представляет собой упаковку с электродами и сепаратором, свернутую в рулон и заключенную в металлический каркас, соединяющийся с минусовым электродом. Плюсовой же электрод батареи выведен на крышку по специальному изолятору. К слову, рулонный принцип сборки используется и в некоторых версиях призматических моделей в виде эллиптической спирали. В такой конструкции объединяются преимущества обеих разновидностей литиевых аккумуляторов.

Почему не стоит доводить до «нуля»?

Специалисты не рекомендуют использовать аккумуляторы до полного расхода энергии. У литиевых устройств нет эффекта памяти, которым обладают другие виды батарей. На практике это означает, что необходимо заряжать аккумулятор до того, как его уровень опустится до нуля. Кстати, число циклов, по которым осуществляется зарядка литиевых аккумуляторов, является показателем долговечности источников питания — производители указывают эту цифру в маркировке.

К примеру, для качественных моделей количество циклов может составлять 600. В целях увеличения эксплуатационного срока батареи Li-ion стоит регулярно заряжать устройство. Оптимальный уровень, по достижении которого стоит начинать зарядку, составляет 15%. Данная мера способна увеличить число циклов до 1 100.

Как выполняется зарядка?

Литиевые батареи заряжаются по смешанной схеме, то есть сначала от постоянного тока в 1С до среднего показателя напряжения 4,2 В, а затем при постоянном уровне напряжения. Первичный этап по времени длится порядка 40 мин, а второй — дольше. Стоит отметить, что только аккумуляторы литиевые в современном исполнении могут заряжаться при напряжении до 4,2 В. Промышленные и военные модели батарей имеют более высокий эксплуатационный срок, чем стандартные модели, в результате чего порог окончания их заряда был отодвинут до 3,90 В.

Сколько времени требует зарядка?

Процесс выполнения зарядки литиевого элемента током 1С, как правило, занимает 2,5 ч. Аккумулятор Li-ion полностью восполняет энергию, когда уровень его напряжения соответствует аналогичным показателям отсечки. В это же время ток должен снижаться приблизительно на 3% относительно изначального заряда. Существует мнение, что аккумуляторы литиевые при увеличении тока заряжаются быстрее. На деле это не так, однако повышенный ток заряда способствует росту напряжения, при этом подзарядка с момента окончания первой стадии требует больше времени.

В некоторых разновидностях приборов зарядка литиевых аккумуляторов отнимает менее 1 ч. Сокращение времени обусловлено тем, что вторая стадия цикла отсутствует и сразу после завершения первого этапа аккумулятор можно использовать. Но есть один нюанс: батарея не полностью восполняет свой энергетический запас — он составляет лишь 70%.

Казалось бы, в чем смысл подобной схемы заряда? Такой подход выгоден, если требуется проведение нескольких циклов быстрой зарядки. Например, шуруповерт с литиевым аккумулятором на каждую операцию будет требовать по 30 мин, после чего можно ставить на зарядку текущий аккумулятор и продолжать работу с запасным (электроинструмент обычно комплектуется двумя батареями).

Зачем нужна перегрузка аккумулятора?

Начинать зарядку рекомендуется до того, как энергия сведена к нулю, тем не менее один раз в месяц все же стоит полностью разряжать После этого следует использовать оригинальное зарядное для литиевых аккумуляторов с целью 100-процентного восполнения энергии. Потребность в этой процедуре обусловлена особенностью батарей Li-ion. Опытные пользователи устройств, работающих на литиевых элементах, могли заметить, что индикация оставшегося заряда не всегда корректна. Например, экран планшета отображает, что аппарат разряжен лишь на 50% — на деле же «посадить» батарею могут всего 10 минут активной работы.

Для профилактики подобных нестыковок литиевые аккумуляторы следует полностью разряжать. В результате устройство сможет более точно рассчитать возможности источника питания и достоверно отобразить информацию на дисплее.

Сокращение энергопотребления в ходе зарядки

Хотя питание мобильных устройств и других гаджетов, для работы которых требуются аккумуляторы литиевые, несравнимо по энергозатратам с мощной бытовой техникой, несколько простых советов помогут не только сэкономить на электричестве, но и продлить ресурс аппаратов:

• Применение возможностей программной начинки устройства для минимизации энергопотребления.
• Отключение функций, которые работают без надобности. К примеру, интернет, различные сети и Bluetooth — по статистике, их совокупная работа способна на 30% сократить рабочее время устройства.
• Оптимизировать настройки аппарата — затемнение подсветки, отключение лишних оповещений и звуковых эффектов позволит продлить работу гаджета на 10-15 мин. Это немного, но в критических ситуациях лишним не будет.

Правила сохранения литиевых аккумуляторов

Долговечность — одна из сильных сторон батарей Li-ion. Так, годовое снижение объема в результате саморазряда составляет не более 10%. Несмотря на это, в эксплуатации следует учитывать химические и конструкционные методы сбережения батарей от перегрева. Если современные аккумуляторы литиевые имеют предусмотренную защиту от неправильного подхода к зарядке, то температурные воздействия по-прежнему представляют для них опасность. Поэтому рекомендуется сокращать любые излишние нагревы аккумуляторов. Впрочем, и в этом направлении производители ведут работу. Использование катодных элементов, в частности, позволит увеличить термическую безопасность литиевых источников питания.

Я сделал себе зарядное устройство для четырех литий-ионных аккумуляторов. Кто-то сейчас подумает: ну сделал и сделал, таких полно в интернете. И я сразу хочу сказать, что моя конструкция способна заряжать как одну батарею, так и четыре сразу. Все аккумуляторы заряжаются независимо друг от друга.
Это дает возможность заряжать одновременно батареи из разных устройств и с разным начальным зарядом.
Я сделал зарядник для батарей типа 18650, которые у меня используются в фонарике, powerbanks, ноутбуке и тп.
Схема состоит из готовых модулей и собирается очень быстро и просто.

Понадобится

• — 4 шт.
• — 4 шт.
• Скрепки канцелярские.

Изготовление зарядного устройства под разное количество аккумуляторов

Сначала сделаем батарейный отсек. Для этого берем универсальную монтажную плату с большим количеством отверстий и обычные канцелярские скрепки.

Откусываем у скрепок вот такие уголки.

Вставляем в плату, предварительно примерив по длине батарей нужных вам. Потому, что такое зарядное устройство можно сделать не только под 18650 аккумуляторы.

Запаиваем снизу платы части скрепок.

Затем берем контроллеры зарядки и размещаем их на оставшемся месте платы, желательно напротив каждого аккумулятора.

Контроллер зарядки будет крепиться на вот таких ножках, сделанных из разъема PLS.

Припаиваем сверху модуль и снизу к плате. По этим ножкам побежит ток питания к модулю и ток заряда к батареям.

Четыре секции готовы.

Далее для коммутации зарядных мест установим кнопки или тумблера.

Подключается все это дело вот таким образом:

Вы спросите — почему кнопки только три а не четыре? А я отвечу — так как один модуль всегда будет работать, потому что один аккумулятор будет заряжаться всегда, иначе нет смысла вообще втыкать зарядник.
Напаиваем токопроводящие дорожки.

Итог таков, что кнопками можно подключать место для зарядки от 1 до 4 аккумуляторов.

На модуле заряда установлен светодиод, который показывает что батарея, которая от него заряжается — зарядилась или нет.
Я собрал все устройство за полчаса. Питается оно от 5-ти вольтового блока питания (адаптера), его, кстати, тоже нужно выбирать с умом, чтобы оно тянуло зарядку сразу всех четырех батарей одновременно. Так же всю схему можно питать от USB компьютера.
Подключаем переходник к первому модулю, а дальше включаем нужные кнопки и напряжение с первого модуля будет переходить на другие места, в зависимости от включенных переключателей.

Так как число заходов на страницы сайта по запросу «схема зарядки li-ion аккумулятора» существенно возросло. Можно даже сказать этих запросов большинство за день. Поэтому дабы удовлетворить информационный спрос, посвятим этой теме отдельную рубрику.

Для начала представляю вам простейшую схему зарядки для 3,7 вольтовых, литий ионных аккумуляторов. Питание 5 вольт, в данной схеме осуществляется от USB компьютера, Адаптера постоянного тока на 5 вольт (например зарядное от мобильного телефона) или маломощной солнечной батареи. Мощность зарядного устройтва предполагается около 1 ампера.

Мозгом и сердцем схемы служит микрочип MCP73831. Весьма легко достать или приобрести в радио магазине. Средняя цена около 1,5 — 2 американских вечнозелёных. Можно заказать у китайцев по ссылке всего за $3.88 за 10 шт. MCP73831 является одним из не дорогих микрочипов в линейке контролёров управления заряда для использования на ограниченном пространстве на плате. Даташит на MCP73831 можно посмотреть по . Эта микросхема использует постоянный ток / постоянный алгоритм заряда. А так же прекращает зарядку при полностью заряженном аккумуляторе.

Приведу общую схему:

Стали популярными в портативной электронике, потому что они могут похвастаться самой высокой плотностью энергии среди любой батареи, используемой в коммерческих целях. Преимущества включают в себя тысячи перезарядок и не возникновение « », в отличии от аккумуляторов. Тем не менее, Литий-ионные аккумуляторы должны заряжаться при тщательном контроле постоянного тока и постоянного напряжения. Переизбыток заряда и неосторожное обращение с литий-ионными элементами может привести к повреждению или нестабильной работе батареи.

Итак, как уже говорилось, ток заряда должен быть около 1 ампера. Подаваемое напряжение не должно превышать 5 вольт. Предполагаемые размеры платы зарядного устройства, не велики, около 25 х 19 х 10 мм.

Все необходимые элементы показаны на схеме. В качестве приемника 5 вольт служит гнездо под мини USB, но ваша фантазия не ограничена. Можно хоть напрямую впаять провода от адаптера 5 v.

• Амперметр может быть подключен, только ко входу +5 v.
• Ели входное напряжение, всё же будет незначительно больше, то ток заряда соответственно тоже будет больше. Но это ничего страшного, так как микрочип MCP73831 отсечет излишнее напряжение на выходе.
• Так же микросхема прекратит зарядку при достижении аккумулятором напряжения в 3,7 v.
• Лучше всего, чтобы зарядный ток составлял 35 — 37 % от ёмкости заряжаемого аккумулятора. Тоесть если АКБ на 1000 мА, то ток заряда должен быть около 400 мА.

Готовые платки под пайку:

Вот так выглядит готовая плата зарядного устройства литий ионных аккумуляторов.

Напомню, размеры должны получиться около 25 х 19 х 10 мм.

Хотя схема крайне проста в разработке и сборке и собрать её не составит особого труда, считаю за необходимое вас уведомить, что данную схему вы можете приобрести по цене не более $2, как вы уже догадались, у китайцев.

Крепить же саму банку аккумулятора можно, например, с помощью неодимовых магнитов, а так же смотрите другие варианты крепления контактов для баночных аккумуляторов

На этом всё, скоро покажу другие и схемы балансирующих зарядный устройств.

Сегодня у многих пользователей скопилось по несколько рабочих и неиспользуемых литиевых аккумуляторов, появляющихся при замене мобильных телефонов на смартфоны.

При эксплуатации аккумуляторов в телефонах со своим зарядным устройством, благодаря использованию специализированных микросхем для контроля заряда, проблем с зарядом практически не возникает. Но при использовании литиевых аккумуляторов в различных самоделках возникает вопрос, как и чем заряжать такие аккумуляторы. Некоторые считают, что литиевые аккумуляторы уже содержат встроенные контроллеры заряда, но на самом деле в них встроены схемы защиты, такие аккумуляторы называют защищёнными. Схемы защиты в них предназначены в основном для защиты от глубокого разряда и превышения напряжения при зарядке выше 4,25В, т.е. это аварийная защита, а не контроллер заряда.

Некоторые «самодельщики» на сайте тут — же напишут, что за небольшие деньги можно заказать специальную плату из Китая, с помощью которой можно зарядить литиевые аккумуляторы. Но это только для любителей «шопинга». Нет смысла покупать то, что легко собирается за несколько минут из дешевых и распространенных деталей. Не нужно забывать и о том, что заказанную плату придется ждать около месяца. Да и покупное устройство не приносит такого удовлетворения, как сделанное своими руками .

Предлагаемое зарядное устройство способен повторить практически каждый. Данная схема весьма примитивна, но полностью справляется со своей задачей. Все что требуется для качественной зарядки Li-Ion аккумуляторов, это стабилизировать выходное напряжение зарядного устройства и ограничить ток заряда.

Зарядное устройство отличается надежностью, компактностью и высокой стабильностью выходного напряжения, а, как известно, для литий-ионных аккумуляторов это является очень важной характеристикой при зарядке.

Схема зарядного устройства для li-ion аккумулятора

Схема зарядного устройства выполнена на регулируемом стабилизаторе напряжения TL431 и биполярном NPN транзисторе средней мощности. Схема позволяет ограничить зарядный ток аккумулятора и стабилизирует выходное напряжение.

В роли регулирующего элемента выступает транзистор Т1. Резистор R2 ограничивает ток заряда, значение которого зависит лишь от параметров аккумулятора. Рекомендуется использовать резистор мощностью 1 вт. Другие резисторы могут иметь мощность 125 или 250 мВт.

Выбор транзистора определяется необходимым зарядным током установленным для зарядки аккумулятора. Для рассматриваемого случая, зарядки аккумуляторов от мобильных телефонов, можно применить отечественные или импортные NPN транзисторы средней мощности (например, КТ815, КТ817, КТ819). При высоком входном напряжении или использовании транзистора малой мощности, необходимо транзистор установить на радиатор.

Светодиод LED1 (выделен красным цветом в схеме), служит для визуальной сигнализации заряда аккумулятора. При включении разряженного аккумулятора, индикатор светится ярко и по мере заряда тускнеет. Свечение индикатора пропорционально току заряда аккумулятора. Но следует учесть, что при полном затухании светодиода, батарея все еще будет заряжаться током менее 50ма, что требует периодического контроля над устройством для исключения перезаряда.

Для повышения точности контроля окончания заряда, в схему зарядного устройства добавлен дополнительный вариант индикации заряда аккумулятора (выделен зеленым цветом) на светодиоде LED2, маломощном PNP транзисторе КТ361 и датчике тока R5. В устройстве возможно использование любого варианта индикатора в зависимости от требуемой точности контроля заряда аккумулятора.

Представленная схема предназначается для заряда только одного Li-ion аккумулятора. Но это зарядное устройство можно использовать и для заряда других видов аккумуляторов. Требуется лишь выставить необходимое для этого значение выходного напряжения и ток зарядки.

Изготовление зарядного устройства

1. Приобретаем или подбираем из имеющихся в наличии, комплектующие для сборки в соответствии со схемой.

2. Сборка схемы.
Для проверки работоспособности схемы и ее настройки, собираем зарядное устройство на монтажной плате.

Диод в цепи питания аккумулятора (минусовая шина – синий провод) предназначен для предотвращения разряда литий-ионного аккумулятора при отсутствии напряжения на входе зарядного устройства.

3. Настройка выходного напряжения схемы.
Подключаем схему к источнику питания напряжением 5…9 вольт. Подстроечным сопротивлением R3 устанавливаем выходное напряжение зарядного устройства в пределах 4,18 – 4,20 вольта (при необходимости, в конце настройки измеряем его сопротивление и ставим резистор с нужным сопротивлением).

4. Настройка зарядного тока схемы.
Подключив к схеме разряженный аккумулятор (о чем сообщит включившийся светодиод), резистором R2 устанавливаем по тестеру величину зарядного тока (100…300 ма). При сопротивлении R2 менее 3 ом светодиод может не светится.

5. Готовим плату для монтажа и пайки деталей.
Вырезаем необходимый размер из универсальной платы, аккуратно обрабатываем края платы напильником, очищаем и лудим контактные дорожки.

6. Монтаж отлаженной схемы на рабочую плату
Переносим детали с монтажной платы на рабочую, паяем детали, выполняем недостающую разводку соединений тонким монтажным проводом. По окончании сборки основательно проверяем монтаж.

Зарядное устройство может быть собрано любым удобным способом, в том числе и навесным монтажом. При монтаже без ошибок и исправных деталях оно начинает работать сразу же после включения.

При подключении к зарядному устройству, разряженный аккумулятор начинает потреблять максимальный ток (ограниченный R2). При приближении напряжения аккумулятора к заданному, ток заряда будет падать и при достижении напряжения на аккумуляторе 4.2 вольта, зарядный ток будет практически нулевым.

Однако оставлять аккумулятор, подключенный к зарядному устройству на продолжительное время, не рекомендуется, т.к. он не любит перезаряда даже малым током и может взорваться или загореться.

Если устройство не работает, то необходимо проверить управляющий вывод (1) TL431 на наличие напряжения. Его значение должно быть не меньше 2,5 В. Это наименьшее допустимое значение опорного напряжения для этой микросхемы. Микросхема TL431 встречается довольно часто, особенно в БП компьютеров.

Проблемы и особенности контроллеров зарядки Li-ion аккумуляторов

В статье рассмотрены некоторые особенности контроллеров зарядки литиево-ионных (Li-Ion) аккумуляторов, созданных на базе линейных и импульсных табилизаторов.

На пути миниатюризации гаджетов всегда возникают две неразрывно связанные проблемы: отвод рассеиваемой мощности и малые габариты, в которые необходимо все это упаковать. Минимизация уровня тепловыделения — один из важных приоритетов при разработке. Одним из источников тепла является контроллер зарядного устройства, встроенного в мобильный прибор аккумулятора.

Литиево-ионный аккумулятор, отличается наилучшими показателями среди ряда других химических источников электроэнергии, предназначенных для использования в портативных приложениях. Емкость его выросла, существенно улучшены и другие характеристики — это позволило расширить функциональные возможности портативных устройств, но базовый принцип его работы и алгоритм зарядки мало изменились. Одна из проблем, возникающих при зарядке большим током, — это тепловыделение. Но это не то неизбежное выделение тепла, связанное с накоплением энергии в аккумуляторе для последующего ее использования, а то тепловыделение, вызванное нагревом кристалла ИС контроллера зарядки. Для уменьшения нежелательного нагрева кристалла в процессе зарядки аккумулятора, используются контроллеры с импульсным регулированием, их применение позволяет и потенциально уменьшить продолжительность зарядки. В контроллерах зарядки, созданных на базе линейных регуляторов с разделением путей протекания токов нагрузки и зарядки (PowerPath Technology) возможны следующие варианты:

• в случае небольшого тока нагрузки напряжение V_OUT равно почти 5 В (V_IN), а напряжение на аккумуляторе V_BAT= 3,7В. При этом линейный регулятор контроллера зарядки используется неэффективно.
• при большом токе через нагрузку к ней дополнительно подключается аккумулятор и при V_IN=5В, V_OUT= V_BAT= 3,7 В. В этом случае неэффективно используется проходной транзистор контроллера зарядки. И в первом, и во втором случаях сохраняется величина падения напряжения на элементах регулирования              V_IN– V_OUT= 1,3 В или V_OUT– VB_AT=1,3 В, что и приводит к нежелательной потере мощности.

В схемах контроллеров зарядки обычно для подключения аккумулятора к нагрузке используется устройство, выполняющее функции «идеального» диода. Широко применяемые диоды Шоттки отличаются по сравнению с другими полупроводниковыми диодами малым прямым падением напряжения и высокой скоростью переключения. При использовании этого диода в качестве полупроводникового ключа, например, в схемах автоматического подключения к нагрузке аккумулятора или сетевого адаптера, как правило, применяется простая схема монтажного «ИЛИ», недостатком которой является сравнительно большое падение напряжения на диоде. При повышении тока нагрузки растут и потери мощности на нем. Для решения этой проблемы можно с использовать в качестве диода МОП-транзистор. Специалисты компании Linear Technology предложили также способ определения момента переключения «идеального» диода в закрытое и открытое состояния. Для этого осуществляется измерение падения напряжения между истоком (анодом) и стоком (катодом) транзистора(МОП-транзистор с каналом N-типа).

В момент подключения входного напряжения (если входное напряжение больше выходного), ток через защитный диод транзистора течет в нагрузку. Транзистор открывается, и падение напряжения на нем равно ток умноженный на сопротивление перехода сток-исток (U=I*R — это напряжение обычно примерно в десять раз ниже, чем падение напряжения на диоде Шоттки). Если напряжение на аноде ниже, чем на катоде, транзистор закрывается. Для мониторинга падения напряжения на транзисторе используется специальный усилитель. Падение напряжения между стоком и истоком открытого транзистора поддерживается с помощью специального следящего усилителя на уровне 25 мВ. При росте тока нагрузки повышается также и управляющее напряжение на затворе транзистора, и соответственно, снижается сопротивление открытого канала. Таким способом падение напряжения на транзисторе поддерживается почти постоянным на уровне 25 мВ. Предложенный метод управления МОП-транзистором позволяет реализовать плавное переключение транзистора и даже при небольших токах нагрузки получить минимальную разницу напряжения между стоком и истоком.

Зарядное устройство для li-ion аккумуляторов. Схема и описание

Зарядное устройство для li ion аккумуляторов, схема которого приведенная в данной статье, было разработано на основе опыта конструирования подобных зарядников, усилиях по ликвидации ошибок и достижения максимальной простоты. Зарядное устройство отличается высокой стабильностью выходного напряжения.

Цифровой мультиметр AN8009

Большой ЖК-дисплей с подсветкой, 9999 отсчетов, измерение TrueRMS…

Описание зарядки для литий ионных аккумуляторов

Основным элементом конструкции является TL431 (IO1) — источник опорного напряжения. Его стабильность значительно лучше, чем допустим LM317, а, как известно для литий-ионных аккумуляторов это является очень важной характеристикой при зарядке.

Элемент TL431 используется в данной схеме в качестве стабилизатора тока в работе транзисторов Т1 и Т2. Зарядный ток протекает через резистор R1. Если падение напряжения на этом резисторе превышает примерно 0,6 вольт, происходит ограничение тока проходящего через транзисторы Т1 и Т2. Значение резистора R1 эквивалентно току зарядки.

Выходное напряжение управляется вышеупомянутым элементом TL431. Значение определяется делителем выходного напряжения (R5, R7, P1).

Компоненты R4, С1 для подавления помех. Очень удобным является индикация величины зарядного тока, при помощи светодиода LED1. Свечение показывает какой ток протекает в базовой цепи транзистора T2, который пропорционален выходному току. По мере зарядки литий-ионного аккумулятора, яркость светодиода постепенно снижается.

Диод D1 предназначен для предотвращения разряда литий-ионного аккумулятора при отсутствии напряжения на входе зарядного устройства. Схема зарядки аккумулятора не нуждается в защите от неправильного подключения полярности li-ion аккумулятора.

Все компоненты размещены на односторонней печатной плате.

Датчик тока — резистор R1 состоит из нескольких резисторов соединенных параллельно. Транзистор Т2 необходимо разместить на теплоотводе. Его размер зависит от тока зарядки и разности напряжений между входом и выходом зарядного устройства.

Схема зарядного устройства литий-ионного аккумулятора настолько проста, что при правильном монтаже радиодеталей должна заработать с первого раза. Единственно, что может потребоваться, так это установка выходного напряжения. Для литий-ионного аккумулятора это примерно 4,2 вольт. При холостом ходе транзистор Т2 не должен быть горячим. Входное напряжение должно быть хотя бы на 2 вольт выше, чем необходимое напряжение на выходе.

Схема предназначена для зарядного тока до 1 ампер. Если нужно повысить ток заряда  li-ion аккумулятора, то необходимо уменьшить сопротивление резистора R6 и выходной транзистор Т2 должен быть повышенной мощности.

В конце процесса зарядки светодиод все же немного светится, что бы это устранить, можно просто подключить параллельно со светодиодом резистор сопротивлением 10…56 кОм. Так при снижении тока заряда ниже 10 мА светодиод перестанет светиться.

http://web.quick.cz/PetrLBC/zajic.htm

HILDA — электрическая дрель

Многофункциональный электрический инструмент способн…

Схема заряда для мощных LI-ION аккумуляторов

Приветствую, Самоделкины!
Если вы являетесь радиолюбителем, то наверняка пробовали собрать powerbank своими руками, хотя бы для спортивного интереса. Но в большей степени люди делают пауэрбанки своими руками по той причине, что заводские портативные зарядки им чем-то не устраивают. Взять хотя бы то, что ток зарядки таких powerbank’ов редко превышает значению в 1А (здесь имеется ввиду то, каким током заряжается сам powerbank, а не о выходном токе, которым он (powerbank) заряжает ваши гаджеты).


Так вот, 1А — это мало и, допустим, если емкость powerbankа внушительна и составляет, к примеру, 20 000 мАч, то таким током он будет заряжаться около 20 часов и более, что уж говорить про пауэрбанки с более высокой емкостью.
Платы заряда для одной банки литий-ионного аккумулятора на базе микросхемы TP4056 знакомы всем.

Они могут заряжать литиевый аккумулятор током до 1А. Китайцы сейчас продают и 3-ех амперные версии таких плат.

Так вот, автор сегодняшней самоделки (AKA KASYAN), решил скрестить 9 микросхем TP4056. Это даст возможность заряжать литиевые аккумуляторы током до 8-9А. Зачем это нужно? Ну, во-первых, такая плата будет весьма кстати, если вы решили собрать свой powerbank большой емкости, а во-вторых, сейчас в продаже встречаются мощные литий-ионные банки с емкостью 80,100 и более ампер часов и для них нужны мощные системы заряда.

Как мы знаем, есть много вариантов зарядки мощных литиевых банок, но самым дешевым из них остается как раз таки микросхема TP4056.

Каждая микросхема на 1А. Соединяйте по этому принципу сколько угодно микросхем, этим получая зарядное устройство на любой нужный ток.

Фишка микросхемы TP4056 заключается в том, что она заряжает аккумулятор правильным методом, то есть стабильным током и напряжением.


Как только напряжение на аккумуляторе доходит до значения 4,16-4,2В, заряд прекращается.

Вернемся к нашей схеме. Автору такая зарядка нужна именно для очень емкого пауэрбанка, его попросил сделать один знакомый, который занимается туризмом и водит людей в дальние походы, но это уже другая история.

Powerbank планируется на 100 000 мАч и зарядить такой, ясное дело от обычного USB-порта не получится. Точнее получится, если подождать где-то 5 дней, поэтому заряжать сборку из 48-ми литиевых банок стандарта 18650 автор намерен от 5-ти вольтовой шины компьютерного блока питания, он спокойно выдаст токи 10 и более ампер.

Насчет печатной платы. Ее, как всегда, вместе с общим архивом проекта можно скачать по ссылке в описании к видеоролику автора (ссылка ИСТОЧНИК в конце статьи) или ЗДЕСЬ. Автор предварительно ее отзеркалил, с вас остается только ее распечатать.


На плате имеются перемычки, их довольно много. Лучше использовать smd перемычки (резисторы с нулевым сопротивлением), в данном случае несколько перемычек заменены на резисторы с сопротивлением несколько сот миллиом, так как ничего другого под рукой у автора не было.


Микросхемы TP4056 будут греться в зависимости от тока заряда и входного напряжения, они все-таки работают в линейном режиме, и на каждой микросхеме около 1Вт мощности будет уходить в тепло, если входное напряжение составляет 5В. Общее количество микросхем 9 и соответственно 9Вт тепла, это довольно сильный нагрев.


Сами микросхемы охлаждаются за счет массивных дорожек, которые обильно залужены. Хотя гораздо лучше было бы использовать двухстороннюю плату, где медное покрытие на второй стороне играло бы роль радиатора, но как говорится — и так сойдёт, позже сделаем тепловые замеры и посмотрим насколько это страшно.


По времени автор был сильно ограничен, иначе (по его словам) заказал бы двустороннюю плату без перемычек и с хорошим охлаждением на заводе в Китае.

Из-за того, что монтаж односторонний есть несколько нюансов. По силовым дорожкам будут протекать токи около 9-10А и в некоторых местах дорожки довольно тонкие, поэтому токосъем лучше сделать в нескольких местах, затем провода соединить параллельно.

Первая микросхема — ведущая, остальные соединены параллельно, сугубо для увеличения общего тока.


На плате есть пара светодиодов. Один светится во время зарядки, второй — когда заряд окончен.


Ну а теперь наконец испытания. В качестве подопытной батареи у нас сборка из аккумуляторов 18650 с суммарной емкостью честных 18 000 мАч. Автор предварительно разрядил батарею.

В качестве источника питания будем использовать 5-вольтовую линию компьютерного блока питания.

Подключаем. Процесс пошел, загорелся соответствующий светодиодный индикатор. Ток заряда при этом составляет около 8А и это с учётом потерь на проводах.


Ждём минут 20, далее берем тепловизор и видим, что плата в целом довольно сильно нагрелась, притом больше всех нагрелись 2 последние микросхемы, у которых охлаждение не самое лучшее. Температура на них доходит до 83-ех градусов, но это нормально для микросхем TP4056.

Спустя где-то пару часов аккумулятор был полностью заряжен, при этом важно заметить, что по мере заряда ток будет падать, а, следовательно, уменьшится и тепловыделение на плате заряда.

По завершении процесса загорается второй индикатор, при этом напряжение на аккумуляторах составило 4,18В, а это значит, что собранная схема полностью функционирует и справляется с поставленными задачами, так что возьмите схему на вооружение, когда-то она может пригодиться.


В дальнейшем мы рассмотрим схему защиты для такой мощной сборки, а также соберем powerbank целиком и испытаем его. Предстоит также собрать самый важный орган пауэрбанка — мощный повышающий преобразователь, который будет преобразовывать напряжение с литиевых аккумуляторов до 5В, которые нужны для зарядки портативной электроники.

Ну а на этом пора заканчивать. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видео:

Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Индикатор заряда для Li-ion аккумуляторов

Всем привет, мы давно не делали индикаторы разряда автомобильного аккумулятора. Но в этой статье мы будем делать такой, же индикатор только для одной банки LI-ION аккумуляторов с напряжением 3,7 вольт. Такие индикаторы конечно можно купить и на рынке, но, а для тех, кто не прочь поработать руками и мозгами, двигаемся дальше.

Данная схема мало чем отличается от стандартных индикаторов заряда для автомобильных аккумуляторов, но некоторые отличия все же есть. Схема этого индикатора построена на базе компаратора LM-339.

Микросхема LM339 содержит четыре отдельных компаратора, каждый из них имеет два входа и один выход.

 

Если меняется напряжение на одном входе, это моментально приводит к изменению состояния выхода компаратора. В случаем микросхемы LM 339 на выходе может быть либо вообще ничего, либо масса или  минус питания. Такой компаратор называется с открытым коллектором, поэтому светодиоды подключены катодами к компаратору.

На некоторых входах компаратора нужно формировать стабильное или опорное напряжение.

Как правило, для этих целей используется стабилитрон, но дело в том, что мы собираемся контролировать напряжение на низковольтном источнике. Сам стабилитрон также должен быть низковольтным. Точнее говоря напряжение стабилизации стабилитрона должно быть меньше чем напряжение максимально разряженного аккумулятора.

В случае же обычных LI-ION аккумуляторов это около 3-х вольт. Исходя из выше написанного, для сборки необходимо найти стабилитрон с напряжением стабилизации на 2,5 и меньше вольт. (в нашем случае был использован стабилитрон на 3,3 вольт ).

Решение такое – использовать светодиод в качестве источника опорного напряжения. Для красных, желтых и зеленых светодиодов минимальное напряжение свечения – в пределах 2 вольт, только светодиод уже подключается в прямом направлении в отличие от стабилитрона. Резистивные делители на входах компаратора пришлось пересчитать под литиевый аккумулятор. Была сделана новая плата, рассчитанная для работы с банками  3,7 вольт. Еще один момент на плате есть две перемычки, обозначенные желтыми линиями.

Диод VD1 защищает микросхему, в случае если вы перепутаете полярность подключения к аккумулятору.

Как нам известно, напряжение полностью заряженного литий-ионного аккумулятора должно быть в районе 4,2 вольт, поэтому делители подобраны в очень узком диапазоне, при том использованы резисторы с погрешностью всего в 1 %., что гарантирует высокоточную работу индикатора. На плате имеем 4 индикаторных светодиода (цвета могут быть разными).

Для проверки работоспособности индикатора, его необходимо вначале подключить к лабораторному источнику питания, с выставленным напряжением 4,2 вольт имитируя полностью заряженный литий ионный аккумулятор.

Как видно, все светодиоды горят. Далее постепенно снижаем напряжение, имитируя разряд аккумулятора, и сразу видим поочередное потухание светодиодов при определенных напряжениях. Все работает.

Такой индикатор можно пристроить под какую-нибудь самоделку или использовать в качестве пробника для литиевых банок.

Вот и все, Не забывайте поделиться с друзьями и посвить лайк тем самым, вы поддержите проект.

Индикаторы разряда автомобильного аккумулятора ВАРИАНТ – 1 , ВАРИАНТ – 2 , ВАРИАНТ – 3.

 Прикрепленные файлы – СКАЧАТЬ

Автор: Ака Касьян

---

 

(PDF) Алгоритмы зарядки литий-ионных аккумуляторов: обзор

В результате электрохимические реакции не производят тепла, а

не вызывает накопления давления внутри аккумулятора. Начиная с

, этот алгоритм зарядки разработан для установления связи

между профилем импульсного тока зарядки и химическим реакционным процессом

, в принципе он может заряжать аккумулятор быстрее

и более эффективно, а также продлевать срок службы аккумулятора.

Однако до сих пор не реализовано аппаратное обеспечение этого алгоритма зарядки литий-ионной батареи

[15] — [16].

III.

ОБСУЖДЕНИЯ

При таком большом количестве алгоритмов зарядки, доступных для зарядки литий-ионных аккумуляторов

, пользователям может быть неочевидно, что

выбрать, какой из них лучше подходит для их приложений. Однако в таблице

приведены основные аспекты этих алгоритмов начисления платы

, которые должны помочь в выборе подходящего алгоритма начисления платы

.

T

ABLE

I. M

AJOR

C

ХАРАКТЕРИСТИКИ

C

АЛГОРИТМЫ ЗАРЯДКИ

Зарядка

000 цифровой или

алгоритм

аналоговый или цифровой

время

гл.

Эфф.

Имп.

Сравн.

Cycle

Life

Sensed

Para.

CC / CV Оба LLMLV, I, T

DL-CC / CV Аналоговые LLLLV, T

BC-CC / CV Оба HLMLV, I, T

FL-CC / CV Цифровые MMHMV, I, T

GP-CC / CV Цифровой MMHMV, I, T

PLL-CC / CV Аналоговый LMMLV, I, T

IPLL-CC / CV Аналоговый LMMMV, I, T

MSCC Digital MMHMV, I, T

FCV- PC Digital HHHHV, I, T

DCV-PC Digital HHHHV, I, T

CC-PC Digital HHHHV, I, T

Примечания: H: высокий, M: средний, L: низкий, Ch.: начисление, Эфф .: эффективность,

Имп .: реализация, Сост .: сложность, Пара: параметры

IV.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой статье обсуждаются и анализируются существующие в литературе алгоритмы зарядки

литий-ионных аккумуляторов. Их основные характеристики

сравниваются с точки зрения реализации, времени зарядки

, эффективности зарядки, срока службы и измеренных параметров

, которые служат полезным руководством при выборе правильных алгоритмов зарядки

для конкретных приложений.

Выражение признательности

Эта исследовательская работа поддерживается Австралийским Содружеством

через Центр совместных исследований

передовых автомобильных технологий (AutoCRC) в рамках проекта

Системы управления электромобилями и управления мощностью

(C2- 801).

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

[1] Веб-сайт Battery University, http: // www. batteryuniversity.com

[2] Веб-сайт Battery and Energy Technologies, http: // www.mpoweruk.com

[3] Р. К. Коуп, Ю. Подражанский, «Искусство зарядки аккумуляторов», Proc.

14-я аккумуляторная конф. Прил. Adv., Pp. 233-235, 1999.

[4] M. Yoshio, RJ Brodd, A. Kozawa, «Литий-ионные батареи: наука

и технологии», Springer, стр. XV, 2010.

[5] HJ Bergveld, WS Kruijt, HLN Peter, Battery management

systems. Springer, pp. 185, 2002.

[6] A. A. Hussein и I. Batarseh, «Обзор алгоритмов зарядки для зарядных устройств для никелевых и литиевых батарей

», IEEE Trans.Veh Tech., Vol. 60,

нет. 3, pp. 830-838, March 2011.

[7] Технический паспорт зарядки литий-ионных аккумуляторов Panasonic [онлайн]. Доступно:

http://www.panasonic.com/industrial/includes/pdf/Panasonic_LiIon_Charging.pdf

[8] B.G. Ким, Ф. Тредо, З. Саламех, «Быстро заряжаемые литиевые

полимерные батареи», IEEE на Генеральном собрании энергетического и энергетического общества

-Преобразование и поставка электрической энергии в 21 веке,

2008.

[9] К.М. Цанг, W.L. Чан, «Бесконтактное быстрое зарядное устройство для литиево-

ионных батарей», Energy Conversion and Management 52, 2011, стр. 1593-

1595.

[10] PHL Notten, JHG Op het Veld, JRG van Beek, « Boostcharging

Li-ion аккумуляторы: новая захватывающая концепция зарядки », Journal of power

Source, vol. 145, нет. 1, стр. 89-94, февраль 2005 г.

[11] Гуань-Чюн Се и Лян-Жуй Чен, Куо-Сун Хуанг, «Fuzzy-

управляемая система зарядки литий-ионных аккумуляторов с активным состоянием

заряда. Контроллер », IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.

48, № 3, июнь 2001.

[12] Лян-Жуй Чен, Рой Чаомин Сюй, Чуан-Шэн Лю, «Проект

Система зарядки литий-ионных аккумуляторов, прогнозируемая серым», IEEE

Транзакции по промышленной электронике, Vol. 51, № 6, июнь 2004 г.

[13] Лян-Жуй Чен, «Схема зарядки аккумулятора на основе ФАПЧ Тополоты», IEEE

Transactions on Industrial Electronics, Vol. 48, No. 3, June 2001.

[14] L. R. Chen, J. J. Chen, N. Y. Chu, and G. Y.Хан, «Накачиваемый током

зарядное устройство», IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 55, нет. 6, pp. 2482-

2488, Jun 2008.

[15] J.W. Хуанг, Ю. Лю, С.С. Ван, З.З. Ян, «Пятиступенчатое зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов

на основе нечеткого управления», Международная конференция IEEE

по силовой электронике и приводным системам (PEDS), 2009 г.

[16] YH Liu, CH Hsieh, and YF Луо, «Поиск оптимальной схемы быстрой зарядки

для литий-ионных аккумуляторов с использованием последовательных ортогональных массивов

», IEEE Trans.Ind. Electron., Vol. 26, вып. 2, pp. 654–661, 2011.

[17] Ю. Х. Лю и Ю. Ф. Луо, «Поиск оптимальной схемы быстрой зарядки

для литий-ионных аккумуляторов с использованием подхода Тагучи», IEEE Trans. Инд.

Электрон., Т. 57, нет. 12, pp. 3963–3971, декабрь 2010 г.

[18] YH Liu, JH Teng и YC Lin, «Поиск оптимального режима быстрой зарядки

для литий-ионных аккумуляторов с использованием алгоритма системы муравьиных колоний»,

IEEE Trans. Ind. Electron., т. 52, нет. 5, стр. 1328–1336, октябрь 2005 г.

[19] Лан-Рон Дунг, Джи-Хван Йен, «Алгоритм на основе ILP для профиля заряда литиевых

ионных батарей», Международный симпозиум IEEE по.

[20] P.E. Де Йонг, P.H.L. Ноттен, «Влияние импульсов тока на интеркаляционные батареи лития

», Solid State Ionics 148, 2002), стр. 259-268.

[21] Джун Ли, Эдвард Мерфи, Джек Винник, Пол А. Коль, «Влияние импульсной зарядки

на циклические характеристики коммерческих литий-ионных аккумуляторов

», Journal of Power Sources, 102 (2001), стр.302-309

[22] Л. Р. Чен, «Разработка оптимальной системы импульсной зарядки батареи с помощью частотно-регулируемого метода

», IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 54, нет. 1,

pp.398-405, Feb 2007.

[23] Л. Р. Чен, «Конструкция зарядного устройства с регулируемым напряжением и импульсным напряжением для

, улучшающая реакцию зарядки литий-ионных аккумуляторов», IEEE Trans. Инд.

Электрон., Т. 56, нет. 2, pp.480-487, Feb. 2009.

[24] B. K. Purushothama, P. W. Morrison, Jr., и У. Ландау, «Снижение ограничений массопереноса

за счет применения специальных режимов импульсного тока

», Журнал Электрохимического Общества, вып. 152, нет. 4, стр.

J33-J39, 2005.

[25] Б. К. Пурушотама и У. Ландау, «Быстрая зарядка литий-ионных батарей

с использованием импульсного тока», Журнал Электрохимического общества,

том. 153, нет. 3, стр. A533-A542, 2006.

1572 2012 7-я конференция IEEE по промышленной электронике и приложениям (ICIEA)

Неразрушающий алгоритм быстрой зарядки литий-ионных аккумуляторов на основе ориентированной на управление электрохимической модели

Основные моменты

•

Предложен новый неразрушающий алгоритм быстрой зарядки литий-ионных аккумуляторов.

•

Наблюдатель за состоянием осаждения лития с обратной связью построен на основе модели SP2D.

•

Ток зарядки изменяется в режиме онлайн с помощью обратной связи о состоянии осаждения лития.

•

Алгоритм может сократить время зарядки и может использоваться для зарядки от различных начальных SOC.

•

Посмертное наблюдение и тесты на деградацию показывают, что во время быстрой зарядки не происходит отложения лития.

Реферат

Быстрая зарядка имеет решающее значение при использовании литий-ионных аккумуляторов в электромобилях. Обычные алгоритмы быстрой зарядки могут сократить срок службы литий-ионных батарей и вызвать проблемы с безопасностью, такие как внутреннее короткое замыкание, вызванное отложением лития на отрицательном электроде. В этой статье предлагается новый алгоритм быстрой зарядки, основанный на неразрушающей модели. Алгоритм быстрой зарядки состоит из двух замкнутых контуров. Первый контур включает в себя наблюдателя избыточного потенциала анода, который может наблюдать за состоянием осаждения лития в режиме онлайн, тогда как второй контур включает структуру обратной связи, которая может изменять ток на основе наблюдаемого состояния осаждения лития.Алгоритм зарядки увеличивает зарядный ток для поддержания наблюдаемого перенапряжения анода вблизи заданного порогового потенциала. Следовательно, алгоритм быстрой зарядки может сократить время зарядки, сохраняя при этом здоровье аккумулятора. Алгоритм быстрой зарядки проверен на коммерческом крупноформатном никель-кобальт-марганцево-графитовом элементе. Результаты показали, что 96,8% емкости аккумулятора можно зарядить за 52 мин. Посмертное исследование поверхности отрицательного электрода и тесты на деградацию показали, что предложенный здесь алгоритм быстрой зарядки защищает аккумулятор от осаждения лития.

Ключевые слова

Литий-ионный аккумулятор

Электрохимическая модель

Осаждение лития

Быстрая зарядка

Наблюдатель избыточного потенциала

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2017 Издано Elsevier Ltd.

статьи

Цитирующие статьи

Многоступенчатый метод заряда CC-CV для литий-ионной батареи

Зарядка литий-ионной батареи с использованием стратегии постоянного тока и постоянного напряжения (CC-CV) при -10 ° C может достигать только 48.47% от нормальной емкости. Чтобы улучшить плохие характеристики зарядки при низкой температуре, принцип работы зарядки аккумулятора при низкой температуре анализируется с использованием электрохимической модели и модели эквивалентной схемы RC первого порядка; кроме того, предлагается многоступенчатая стратегия CC-CV. В предлагаемой многоступенчатой ​​стратегии CC-CV зарядный ток уменьшается, чтобы продлить процесс зарядки, когда напряжение на клеммах достигает напряжения отключения зарядки. Результаты зарядки многоступенчатой ​​стратегии CC-CV получены при 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C по сравнению с результатами CC-CV и двухступенчатой ​​стратегии CC-CC.Результаты сравнения показывают, что при заданных температурах емкость заряда увеличивается с помощью многоступенчатой ​​стратегии CC-CV, и примечательно, что емкость зарядки может достигать 85,32% от номинальной емкости при −10 ° C; также сокращается время зарядки.

1. Введение

Благодаря преимуществам нулевого загрязнения, высокой энергоэффективности и плюралистичности источников энергии, электромобили стали новой точкой развития автомобильной промышленности [1–3]. Литий-ионные аккумуляторы широко используются в электромобилях из-за их высокой плотности энергии, длительного срока службы и высокого уровня безопасности [4].Но технология аккумуляторов по-прежнему не может удовлетворить потребности электромобилей в отношении больших расстояний, быстрого восстановления емкости и использования при низких температурах [5]. При низкой температуре химическая активность аккумулятора снижается, сопротивление увеличивается, а емкость уменьшается. Процесс зарядки более сложен, чем процесс разряда при низкой температуре [6, 7].

В последние годы была проделана большая работа по стратегиям зарядки. В [8] для получения быстрой зарядки был предложен трехступенчатый метод зарядки Ni / MH аккумулятора.В [9] была предложена оптимальная стратегия зарядки током, основанная на граничных кривых зарядного тока. Кривые граничного зарядного тока были получены путем анализа повышения температуры и поляризационного напряжения в процессе зарядки. Период зарядки был уменьшен, а емкость увеличена с помощью стратегии. В [10] предложена стратегия заряда с изменяемым напряжением, которая может обнаруживать и динамически отслеживать подходящую скважность зарядного импульса. По сравнению с обычной стратегией CC-CV скорость зарядки была увеличена на 14%, а эффективность зарядки — на 3.4%. В [11] была построена модель оценки SOC, а процесс зарядки CC-CV контролировался SOC батареи. Емкость заряда можно контролировать, чтобы получить более высокий уровень заряда и избежать перезарядки. В [12] был использован алгоритм Ant Colony System для выбора оптимального зарядного тока из пяти состояний зарядки, время зарядки было уменьшено, а срок службы батареи увеличен на 25%. В [13] для получения быстрого заряда использовался алгоритм на основе Тагучи. При использовании стратегии зарядки емкость аккумулятора может достигать 75% за 40 минут.В [14] был предложен метод зарядки с нечетким управлением на основе постоянной поляризации для адаптации приема зарядного тока с каскадами SOC батареи. Стратегия зарядки может сократить время зарядки без явного повышения температуры. Ruan et al. и Zhao et al. [15, 16] исследовали температурные характеристики процесса зарядки и разрядки. Температура увеличилась больше в процессе разрядки по сравнению с повышением температуры в процессе зарядки. Перед процессом зарядки был добавлен импульсный процесс зарядки / разрядки, чтобы аккумулятор можно было предварительно нагреть.Аккумулятор мог начать процесс зарядки при относительно высокой температуре, а емкость заряда увеличивалась при низкой температуре.

Все стратегии зарядки в разной степени увеличивают характеристики зарядки аккумулятора, предложенные в [8–14]. Но производительность зарядки при низких температурах не рассматривается. Хотя стратегия зарядки с предварительным нагревом при низкой температуре, предложенная в [15, 16], может увеличить зарядную емкость, процесс самоподогрева требует слишком много времени и не может работать в условиях низкого SOC.В этой статье анализируется зарядная характеристика литий-ионного аккумулятора при различных температурах, используется электрохимическая модель и модель эквивалентной схемы первого порядка для теоретического анализа плохих низкотемпературных характеристик литий-ионного аккумулятора и предлагается многоступенчатая стратегия CC-CV. Многоступенчатая стратегия CC-CV сравнивается со стратегиями CC-CV и двухэтапной CC-CV при 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C.

2. Экспериментальная

2.1. Аккумулятор и оборудование

Используемый аккумулятор представляет собой литий-ионный цилиндрический аккумулятор 18650 с нормальной емкостью 1.37 Ач, нормальное напряжение 3,2 В и напряжение отключения 3,6 В. Максимальные скорости зарядки и разрядки составляют 1 ° C и 2 ° C соответственно. Материал положительного электрода — LiFePO ₄ , а материал отрицательного электрода — LiC ₆ . Тестер аккумуляторов — это тестер аккумуляторов LD с 8 каналами тестирования, и процесс тестирования можно программировать и контролировать с помощью компьютера. Аккумулятор испытывали в температурной камере, чтобы гарантировать постоянство температурного параметра. Подробные параметры тестера батарей и температурной камеры приведены в таблице 1.Схема эксперимента представлена ​​на рисунке 1.

Испытательное 9035 точность01 ° C Аккумуляторное оборудование Максимальный испытательный ток 20 A Максимальное испытательное напряжение 5 В 0,1% Температурная камера Максимальная температура 150 ° C Минимальная температура −40 ° C 903 Температурный допуск

2.2. Экспериментальный процесс

В ходе экспериментов тестировались стратегии зарядки аккумулятора: CC-CV, двухступенчатый CC-CV и многоступенчатый CC-CV. Температурные точки испытания составляли 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C. Стратегии зарядки объясняются следующим образом.

Для стратегии CC-CV процесс постоянного тока заряжался при 0,3 C до напряжения отключения 3,6 В, а процесс постоянного напряжения заряжался при 3.6 В в течение 5 мин.

Для двухступенчатой ​​стратегии CC-CV в первом процессе постоянного тока была зарядка при 1 ° C до напряжения отключения 3,6 В. Затем во втором процессе постоянного тока зарядный ток был уменьшен до 0,5 ° C. ток зарядки был уменьшен, напряжение на клеммах снизилось ниже 3,6 В, что позволило продлить процесс постоянного тока до тех пор, пока напряжение на клеммах снова не достигнет напряжения отключения. При постоянном напряжении зарядка осуществлялась при 3,6 В в течение 5 мин [17].

Для многоступенчатой ​​стратегии CC-CV процесс постоянного тока был разделен на десять этапов. Максимальные и минимальные значения составляли 1 ° C и 0,1 ° C соответственно, а зарядный ток уменьшался на 0,1 ° C, когда напряжение на клеммах достигало напряжения отключения. Процесс зарядки при постоянном напряжении составлял 3,6 В в течение 5 мин.

3. Зарядная характеристика аккумулятора при низкой температуре

3.1. Характеристика зарядной емкости при разной температуре

Выбранный аккумулятор был заряжен по стратегии CC-CV при 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C для получения характеристики зарядной емкости при низкой температуре.Перед каждым процессом зарядки при разной температуре аккумулятор разряжался пустым при 25 ° C и выдерживался в течение шести часов, чтобы обеспечить одинаковую температуру всей батареи. Как показано на Рисунке 2, зарядные емкости при 25 ° C, 0 ° C и −10 ° C составляют 1,309 Ач, 1,196 Ач и 0,664 Ач соответственно. Емкость заряда снижается на 8,6% при 0 ° C и на 49,3% при −10 ° C по сравнению с емкостью при 25 ° C. Емкость зарядки сильно уменьшается при −10 ° C.

3.2. Характеристика OCV при разной температуре

Батарея была протестирована по правилу гибридной импульсной характеристики мощности (HPPC), которое подробно описано в «Руководстве по тестированию батарей Freedom CAR» [18], чтобы получить OCV, омическое сопротивление () и сопротивление поляризации ().SOC можно рассчитать по следующей формуле: где — начальное значение SOC батареи, AHC — нормальная емкость батареи при 25 ° C, и — разрядный (положительный) или зарядный (отрицательный) ток. Как кривые OCV, показанные на Рисунке 3, OCV отражает тенденцию к увеличению с понижением температуры, а разница OCV при разных температурах относительно более очевидна при низком SOC.

3.3. и характеристика при разной температуре

Как показано на рисунках 4 и 5, оба значения и увеличиваются с понижением температуры.остается стабильным при увеличении SOC, и увеличение составляет почти 258% при -10 ° C. увеличивается с увеличением SOC и снижением температуры, и максимальное увеличение составляет почти 257% при -10 ° C с 90% SOC.

4. Электрохимическая модель и эквивалентная схема первого порядка

4.1. Электрохимический литий-ионный аккумулятор, модель

Doyle et al. предложили теорию пористого электрода для анализа электрохимического процесса литий-ионного аккумулятора [19].Одномерная геометрия состоит из коллектора отрицательного / положительного тока, отрицательного / положительного электродов и разделителя. Материал коллектора отрицательного тока — медь, а материал коллектора положительного тока — алюминий. Активным материалом положительного электрода является LiFePO ₄ , а активным материалом отрицательного электрода — LiC ₆ . Сепаратор представляет собой пористую полиолефиновую мембрану. Электролит представляет собой соль лития, растворенную в жидкой смеси этиленкарбоната (EC) и диметилкарбоната (DMC) в соотношении 1: 1 или 2: 1.Пример одномерной геометрии процесса зарядки показан на рисунке 6 [20], а химическое уравнение зарядки:

В процессе зарядки электроны перемещаются от положительного электрода к отрицательному электроду через внешнюю цепь, и Li ⁺ перемещается от положительного электрода к отрицательному через сепаратор в электролите. Поскольку процесс зарядки представляет собой химическую реакцию, на характеристики реакции влияют концентрация и диффузия Li ⁺ .Концентрация литий-иона в фазе электролита изменяется со временем и может быть описана вторым законом Фика по координате, показанной на рисунке 6 [21]: где — концентрация литий-иона в фазе электролита, — коэффициент диффузии Li ⁺ . в фазе электролита — число переноса ионов лития по отношению к скорости растворителя, — постоянная Фарадея, — плотность тока переноса заряда.

Распределение Li-иона в твердой фазе также описывается вторым законом диффузии Фика в полярных координатах [21]: где — концентрация Li-иона в твердом теле, — коэффициент диффузии Li ⁺ в твердом состоянии. фаза, — радиус сферической частицы.

Формула Аррениуса показывает коэффициент диффузии Li ⁺ в твердой фазе, как показано ниже [21]: где — энергия активации диффузии. — универсальная газовая постоянная, — эталонный коэффициент диффузии при, — эталонная температура, — температура. Формула (5) показывает, что коэффициент диффузии уменьшается с понижением температуры. В [14] указано, что диффузионная поляризация твердой фазы доминирует над общей поляризацией, а поляризация твердой фазы увеличивается с уменьшением коэффициента диффузии.Увеличение поляризации приводит к более высокому напряжению поляризации по сравнению с напряжением при нормальной температуре, пространство для увеличения напряжения на клеммах во время процесса зарядки постоянным током уменьшается, и зарядная емкость уменьшается.

Плотность тока переноса заряда может быть получена с использованием следующей формулы Батлера-Фольмера [20]: где — плотность тока обмена, и — коэффициенты переноса анода и катода, и — поверхностный потенциал над потенциалом, который можно получить, используя по следующей формуле [20]: где — потенциал твердой фазы, — потенциал фазы электролита, — напряжение холостого хода.

можно описать так, как показано ниже [20]: где — коэффициент скорости реакции, — максимальная концентрация литий-ионов в электродах, и — это концентрация литий-ионов на поверхности активных частиц.

можно получить по следующей формуле [20]: где — энергия активации реакции, — коэффициент скорости реакции при. С понижением температуры коэффициент скорости реакции уменьшается. Как показывает формула (7), уменьшается с понижением температуры. Реакция зарядки затруднена из-за уменьшения коэффициента скорости реакции.Поскольку параметр не зависит от времени, препятствие для зарядки можно рассматривать как резистивный процесс. Увеличение импеданса также приводит к увеличению напряжения на клеммах и уменьшению зарядной емкости.

Анализ электрохимической модели процесса зарядки при низкой температуре показывает, что основное препятствие состоит в поляризации и увеличении импеданса. Это увеличение можно проанализировать с помощью модели эквивалентной схемы, поляризацию можно смоделировать параллельными емкостью и сопротивлением, а сопротивление можно смоделировать сопротивлением.В следующей части используется модель эквивалентной схемы первого порядка.

4.2. Модель эквивалентной схемы первого порядка

Модель эквивалентной схемы первого порядка используется для анализа процесса зарядки [21, 22]. Как показано на рисунке 7, представляет собой омическое сопротивление, представляет собой напряжение во включенном состоянии и, соответственно, представляет поляризационную емкость и поляризационное сопротивление, представляет собой напряжение во включенном состоянии и, OCV представляет собой напряжение холостого хода, представляет собой напряжение на клеммах и представляет собой зарядку. Текущий.Могут быть получены следующие формулы:

Принимая во внимание и, можно получить следующее: где.

Из формул (10) — (11) видно, что определяется OCV,,, и. Как упоминалось выше, OCV мало изменяется при понижении температуры, а и значительно увеличивается при понижении температуры. Увеличение можно объяснить медленной кинетикой электрохимической реакции под влиянием температуры. Процесс постоянного тока в стратегии CC-CV ограничен напряжением отключения, а зарядная емкость в основном зависит от процесса постоянного тока.При низкой температуре и увеличении, и увеличении, и выше, чем при нормальной температуре. Напряжение отключения достигается раньше, а процесс постоянного тока прекращается раньше [23]. Увеличение и зависит от конструктивных параметров батареи и не может контролироваться в процессе зарядки. Единственный параметр, которым можно управлять, — это зарядный ток. Как было предложено в [17], для двухэтапной стратегии CC-CV процесс зарядки постоянным током был разделен на два этапа.Первый этап — это зарядка аккумулятора с максимальной скоростью заряда до достижения напряжения отключения. Ток зарядки второй ступени был уменьшен до половины максимальной скорости зарядки, и напряжение на клеммах можно уменьшить, чтобы продлить процесс зарядки постоянным током для увеличения емкости. В соответствии с текущим процессом снижения двухэтапной стратегии CC-CV, в этой статье предлагается многоступенчатая стратегия CC-CV с более подробными текущими ставками. Как только напряжение отключения быстро достигается при низкой температуре, напряжение на клеммах может быть уменьшено с уменьшением зарядного тока, а процесс зарядки постоянным током может быть многократно продлен для увеличения зарядной емкости.Между тем, зарядный ток уменьшается по сравнению с максимальной скоростью, и многоступенчатая система может автоматически и постепенно выбирать оптимальный зарядный ток, чтобы максимально использовать высокую скорость зарядки и сократить период зарядки.

5. Результат и обсуждение

5.1. Анализ различных стратегий зарядки при 25 ° C

На рисунках 8–10 показаны кривые напряжения на клеммах с различными стратегиями зарядки при 25 ° C. Напряжение на клеммах стратегии CC-CV увеличивается до 3,25 В при низком диапазоне SOC от 0% до 10%, в то время как напряжения на клеммах двухкаскадной стратегии CC-CV и многоступенчатой ​​стратегии CC-CV увеличиваются примерно до 3.4 В. Напряжение на клеммах стратегии CC-CV увеличивается до 3,4 В при достижении SOC 90% и резко возрастает до 3,6 В в конце зарядки. Напряжения на клеммах двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​CC-CV стратегии увеличиваются до 3,6 В с SOC 85%. При уменьшении тока напряжение на клеммах двухступенчатой ​​стратегии CC-CV уменьшается до 3,49 В и снова увеличивается до 3,6 В с увеличением SOC на 7%. В отличие от двухступенчатой ​​стратегии CC-CV, напряжение на клеммах многоступенчатой ​​стратегии CC-CV имеет большее время уменьшения для увеличения заряда SOC до более высокого уровня.

На рисунке 11 показаны кривые SOC для различных стратегий зарядки при 25 ° C. Емкость зарядки CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV составляет 1,309 Ач, 1,299 Ач и 1,368 Ач соответственно. Возможности двухэтапных стратегий CC-CV и нескольких CC-CV выше, чем у стратегии CC-CV для текущего процесса уменьшения. Многоступенчатый CC-CV имеет самую высокую зарядную емкость, потому что процесс уменьшения тока многоступенчатой ​​стратегии CC-CV имеет больше градиентов, чем двухступенчатая стратегия CC-CV.Периоды зарядки для стратегий зарядки CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​CC-CV составляют 223 мин, 67,4 мин и 94,7 мин соответственно. Очевидно, что стратегия зарядки CC-CV имеет самый длительный период зарядки при низкой постоянной скорости зарядки. Хотя полный период зарядки двухступенчатого CC-CV короче, чем у многоступенчатого CC-CV, многоступенчатая стратегия зарядки CC-CV имеет большую емкость зарядки. Период зарядки многоступенчатой ​​стратегии CC-CV короче, чем период зарядки двухступенчатой ​​стратегии CC-CV в той же точке 94 зарядки SOC.8%.

5.2. Анализ различных стратегий зарядки при 0 ° C

Как показано на рисунке 12, в отличие от напряжения на клеммах при 25 ° C, напряжение на клеммах стратегии CC-CV увеличивается до 3,35 В при низком диапазоне SOC от 0% до 10%. Увеличивается крутизна увеличения напряжения на клеммах в диапазоне SOC от 10% до 80%. Повышение напряжения на клеммах в направлении напряжения отключения и резкое увеличение при 25 ° C с диапазоном SOC выше 80% исчезают. Увеличение напряжения на клеммах указывает на то, что нормальный процесс зарядки CC-CV был изменен увеличением внутреннего сопротивления при низкой температуре.

Как показано на рисунках 13-14, первая стадия зарядки двухступенчатой ​​стратегии CC-CV длится недолго до достижения напряжения отключения для увеличения внутреннего сопротивления и высокой скорости зарядки. Вторая стадия зарядки снижает уровень зарядного тока на 0,5 C, а напряжение на клеммах уменьшается на 0,23 В и продолжает увеличиваться до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение отключения. В отличие от двухступенчатой ​​стратегии CC-CV, ток уменьшается на 0,1 C в многоступенчатой ​​стратегии CC-CV.Напряжения на клеммах ступеней зарядки постоянным током 1–0,7 ° C быстро увеличиваются при SOC ниже 22%. Напряжения на клеммах 0,6–0,4 ° C на ступенях зарядки постоянным током растут медленнее с SOC от 22% до 73,4%. Напряжения на клеммах 0,3–0,1 ° C на ступенях зарядки постоянным током снова быстро увеличиваются, при этом SOC превышает 73,4%. Кривая напряжения на клеммах многоступенчатого CC-CV показывает, что многоступенчатая стратегия CC-CV может автоматически выбирать оптимальный ток зарядки путем ограничения напряжения отключения и уменьшения тока.

Результат зарядки при 0 ° C показывает, что емкость CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​CC-CV стратегии зарядки составляет 1,196 Ач, 0,758 Ач и 1,246 Ач соответственно. По сравнению с результатом зарядки при 25 ° C, зарядная емкость CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV снижается на 8,2%, 39,5% и 8,9% соответственно. Поскольку основная скорость зарядки двухступенчатой ​​стратегии CC-CV на 0,5 ° C выше, чем 0,3 ° C для стратегии CC-CV, и скорость зарядки больше не уменьшается, двухступенчатая стратегия CC-CV имеет наибольшее снижение снижения емкости зарядки. при 0 ° C.Поскольку многоступенчатая стратегия CC-CV имеет скорость зарядки на 0,2 ° C и 0,1 ° C ниже, чем 0,3 ° C для стратегии CC-CV, емкость зарядки многоступенчатой ​​стратегии CC-CV выше, чем у стратегии CC-CV.

На рисунке 15 показаны кривые SOC для различных стратегий зарядки при 0 ° C. Периоды зарядки CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV составляют 183,4 мин, 68,7 мин и 148 мин. Тенденция кривой многоступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV показывает очевидную скорость увеличения емкости, хотя скорость замедляется для уменьшения тока в более поздний период.Как показано пунктирной линией, период зарядки многоступенчатой ​​CC-CV короче, чем у двухступенчатой ​​стратегии CC-CV с тем же самым зарядным SOC, равным 55,32%. Многоступенчатый CC-CV по-прежнему имеет максимальную емкость зарядки и минимальный период зарядки при 0 ° C.

5.3. Анализ различных стратегий зарядки при –10 ° C

На рисунках 16–18 показаны кривые напряжения на клеммах с различными стратегиями зарядки при –10 ° C. Напряжение на клеммах стратегии CC-CV достигает напряжения отключения в точке 48 SOC.67%. Напряжение на клеммах первой ступени двухступенчатой ​​стратегии CC-CV увеличивается прямо по направлению к напряжению отключения, а вторая ступень увеличивает SOC только до 32,26%. Все конечные напряжения зарядного тока при 1–0,6 ° C многоступенчатой ​​стратегии CC-CV быстро увеличиваются до напряжения отключения с ростом SOC менее 10%. Напряжения на клеммах зарядного тока при 0,5–0,1 ° C увеличиваются медленнее, примерно на 75% от роста SOC. Все кривые напряжения на клеммах показывают, что напряжение увеличивается быстрее при более низкой температуре и более высокой скорости зарядного тока.

Результат зарядки при -10 ° C показывает, что емкости CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV составляют 0,664 Ач, 0,442 Ач и 1,169 Ач, соответственно. По сравнению с результатом зарядки при 25 ° C, зарядные способности CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV снижаются на 47,08%, 62,56% и 14,53% соответственно. Можно указать, что зарядная емкость CC-CV сильно уменьшается, и первая стадия двухступенчатой ​​стратегии CC-CV наоборот становится пределом емкости.Многоступенчатая стратегия CC-CV может поддерживать зарядную емкость выше 80% даже при −10 ° C.

На рисунке 19 показаны кривые SOC для различных стратегий зарядки при −10 ° C, а периоды зарядки для стратегий зарядки CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​CC-CV составляют 101,7 мин, 39,38 мин и 197,1 мин. , соответственно. Кривая двухступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV показывает очевидную сложность увеличения емкости при такой температуре. Хотя крутизна увеличения напряжения на клеммах двухступенчатой ​​стратегии CC-CV близка к таковой для многоступенчатой ​​стратегии CC-CV, емкость заряда значительно отличается.Сравнение кривых SOC показывает, что период зарядки многоступенчатой ​​стратегии CC-CV по-прежнему является самым коротким в той же точке SOC. Многоступенчатый CC-CV по-прежнему имеет максимальную емкость зарядки при -10 ° C.

5.4. Анализ многоступенчатой ​​стратегии CC-CV

На рисунке 20 показаны кривые емкости для различных значений зарядного тока многоступенчатой ​​стратегии CC-CV при разной температуре, а соответствующая скорость зарядки при высокой емкости заряда уменьшается с понижением температуры.Зарядная емкость при 1 C составляет 1,162 Ач, что превышает 80% емкости аккумулятора, а при других скоростях зарядки необходимо только восстановить оставшуюся емкость при 25 ° C. Хотя высокая скорость зарядки не работает при понижении температуры, величина зарядного тока при максимальной зарядной емкости 0,28 Ач составляет 0,5 C при 0 ° C. Уровень зарядного тока при максимальной зарядной емкости 0,266 Ач составляет 0,3 C при −10 ° C. Основная емкость заряжается в диапазоне значений зарядного тока при низкой температуре. Многоступенчатый CC-CV может автоматически выбирать оптимальный ток зарядки по двум причинам.Предел напряжения отключения может остановить этап зарядки с неоптимальной скоростью зарядного тока. Многоступенчатая система имеет десять значений зарядного тока от максимальной 1 C до минимальной 0,1 C, что обеспечивает потребности в зарядке при различных температурах. Многоступенчатая стратегия CC-CV — это стратегия зарядки в широком диапазоне температур, обеспечивающая высокую зарядную емкость и малый период зарядки.

6. Заключение

Из презентации выше видно, что зарядная емкость стратегии CC-CV может быть только 48.47% нормальной емкости при −10 ° C. Процесс зарядки анализируется с помощью электрохимической модели литий-ионного аккумулятора и модели эквивалентной схемы первого порядка. Увеличение внутреннего сопротивления является основным ограничением зарядной емкости при низкой температуре. Предлагаемая многоступенчатая стратегия CC-CV может расширить процесс зарядки постоянным током для получения большей емкости за счет снижения скорости зарядки, когда напряжение на клеммах достигает напряжения отключения. Экспериментальные результаты показывают, что емкость заряда при многоступенчатой ​​стратегии CC-CV при 25 ° C, 0 ° C и −10 ° C равна 1.368 Ач, 1,246 Ач и 1,169 Ач соответственно. По сравнению со стратегиями CC-CV и двухступенчатой ​​CC-CV, многоступенчатая стратегия CC-CV имеет наибольшую емкость зарядки и самые короткие периоды зарядки при заданных температурах.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарность

Эта работа поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (NNSF) Китая (грант №51105220).

Основы зарядки аккумулятора

Отдельные шаги и бесконечный последовательный мониторинг (ISM ™)

Существует ряд различных, определяемых режимов зарядки, или методов, или этапов, или фаз, или шагов в алгоритме зарядки аккумулятора. Не все эти шаги необходимы в каждом приложении для аккумуляторов любого типа. Кроме того, учитывая возрастающую сложность требований к оптимальной зарядке для многих батарей на рынке 21 века, зарядные устройства Deltran Battery Tender® стали больше зависеть от подхода бесконечного последовательного мониторинга (ISM ™) в коде исполнительного микроконтроллера, который управляет поведением зарядные устройства.Другими словами, хотя любое количество конкретных этапов зарядки может быть доступно для выполнения, обычно последовательно, в определении любого заданного алгоритма зарядки, наложение исполнительного управления ISM ™ выполняет важную задачу оптимизации производительности зарядного устройства в широком диапазоне условия эксплуатации.

Давайте рассмотрим, что мы можем определить как значимые шаги, которые необходимо включить в алгоритм начисления платы. Давайте также рассмотрим, что часто происходит на рынке. Стремление производителя отличить продукт от своих конкурентов может иногда приводить к созданию технического жаргона, который может быть не самым полезным с точки зрения помощи конечным пользователям в реальном понимании того, как на самом деле работает технология.

Итак, давайте поговорим о деталях шагов и постараемся избежать ненужного технического жаргона. Нумерация шагов и порядок их представления просто указывают на типичную последовательность, в которой они будут появляться в любом заданном алгоритме начисления. Опять же, не все шаги доступны и не обязательны во всех алгоритмах зарядного устройства.

Первый шаг: инициализация или квалификация.

Этот шаг используется в зарядных устройствах для аккумуляторов с первого дня.Хотя, возможно, это не было четко определено или даже не рассматривалось как шаг. Но, честно говоря, это может быть самый важный шаг с точки зрения безопасности. Практически все зарядные устройства для аккумуляторов измеряют состояние электрического соединения между аккумулятором и выходом зарядного устройства. Конкретные пределы параметров могут отличаться, но поведение напряжения и тока, измеренных на выходе зарядного устройства, дает довольно четкое представление о том, нормальны ли вещи в мире зарядки аккумуляторов.

В качестве примера, если выходное напряжение зарядного устройства положительное, а выходной ток равен нулю, то это хороший показатель того, что между зарядным устройством и аккумулятором отсутствует или очень плохое соединение. С технической точки зрения это обрыв цепи или очень высокое сопротивление на выходе. Это обычное обстоятельство, вызванное срабатыванием предохранителя между зарядным устройством и аккумулятором. Это условие, при котором целесообразно отключить выход зарядного устройства и дать оператору зарядного устройства указание на то, что что-то не так, например, мигание светового индикатора определенного цвета или мигание более одного цвета в определенной временной последовательности.

Другой распространенный пример — когда выходное напряжение положительное, а выходной ток отрицательный. Обычно это означает, что клеммы аккумулятора подключены назад к выходу зарядного устройства. Вы можете подумать, что напряжение также будет отрицательным, но из-за законов физики и электрических цепей зарядное устройство все еще может считывать положительное напряжение. Еще одна вещь: все зарядные устройства Deltran Battery Tender® предназначены для предотвращения отрицательного тока, который, если его не установить, разряжает аккумулятор.

Второй шаг: восстановление.

Этот шаг необходим для решения серьезных ситуаций чрезмерного разряда. Этой проблеме могут быть подвержены как свинцово-кислотные, так и литиевые батареи. Если вы забудете выключить свет на спортивном транспортном средстве, вы можете полностью разрядить аккумулятор за короткое время. Философия восстановления заключается в использовании тока малой амплитуды для постепенного накопления заряда, накопленного в батарее, и поддержания напряжения, достаточного для того, чтобы батарея могла принять нормальный режим подзарядки.Даже при небольшом токе должно быть минимальное доступное напряжение. Для свинцово-кислотных и литиевых батарей на 12 вольт это значение составляет около 4 вольт. Если напряжение ниже 4 вольт, режим восстановления не применяется. В семействе зарядных устройств для свинцово-кислотных аккумуляторов этап восстановления — это скорее фоновая функция, выполняемая по запросу. В семействе зарядных устройств для литий-ионных аккумуляторов функция восстановления более отчетлива и четко определена, поскольку литий-ионные аккумуляторы более подвержены повреждению, если параметры восстановления не контролируются жестко.

Третий этап: массовая загрузка.

Этот шаг имеет честь занять уникальное положение как единственный действительно важный шаг в алгоритме зарядки, по крайней мере, для свинцово-кислотных аккумуляторов. Здесь вы позволяете батарее потреблять столько тока, сколько позволяет зарядное устройство (так называемый предел тока), пока напряжение батареи не поднимется до заданного максимального уровня. Когда напряжение достигнет этого максимального уровня, зарядное устройство можно выключить. Прежде чем напряжение достигнет заданного максимального уровня, ток будет оставаться на уровне, близком к максимальному значению или пределу тока.Большинство производителей зарядных устройств называют этот шаг «режимом зарядки постоянным током». В большинстве случаев после полной зарядки аккумулятор будет заряжен примерно на 80%. Этого достаточно, чтобы использовать его снова, ничего не делая.

Четвертый этап: абсорбционный заряд.

На этом этапе поведение напряжения и тока меняется на противоположное по сравнению с тем, что наблюдается на этапе объемного заряда. Напряжение поддерживается постоянным, а ток может естественным образом уменьшаться.Если вы посмотрите на графики, то во время объемной зарядки напряжение начинает расти прямолинейно. Затем, когда напряжение приближается к заранее определенному максимальному уровню, кривая больше напоминает экспоненциальную кривую. Во время поглощения ток спадает по прямому, линейному пути, затем изгибается и сужается до очень низкого уровня, где он остается до тех пор, пока значение выходного напряжения зарядного устройства не изменится.

Важность этапа абсорбционной зарядки напрямую связана с завершением полного пополнения отдельных аккумуляторных ячеек.Существуют очень сложные математические уравнения, которые могут объяснить химию этого явления, но правда в том, что большая часть полезных знаний, доступных для приложений алгоритмов заряда, была получена в результате десятилетий проб и ошибок. Вам будет трудно найти объяснение, оправдывающее эффективность шага поглощения заряда, которое не включает очень сильную зависимость от эмпирических данных. Это особенно верно, если учесть, что этап абсорбционного заряда полностью эффективен только в том случае, если ему позволить продолжаться достаточно долго, чтобы было минимум несколько часов, вероятно, по крайней мере, 4 часа, когда батарея практически не потребляет ток, но приложенное напряжение поддерживается высоким на уровне поглощения.На первый взгляд, это кажется бессмысленным. Но это абсолютно верно.

Пятый этап: уравнительный заряд.

Для свинцово-кислотных аккумуляторов этот этап важен в основном для ряда аккумуляторов, заряжаемых с помощью зарядного устройства с одним выходным напряжением, в то время как аккумуляторы соединены последовательно. Чтобы отчетливо наблюдать эффект, требуется несколько батареек. Обычно достаточно четырех батареек. Механика этапа выравнивания графически выглядит аналогично комбинации этапов объемного заряда и абсорбционного заряда.Разница в том, что ток начинается с очень низкого уровня, примерно от 2 до 5% от предельного тока зарядного устройства, или просто с очень низкого фиксированного уровня, например 0,5 или 1,0 ампер.

В зависимости от того, как фактическое значение тока выравнивающего заряда сравнивается с числовым значением емкости аккумулятора в ампер-часах, и в зависимости от предельного напряжения выравнивающего заряда, ток зарядки будет оставаться постоянным только в течение очень короткого времени. Затем для баланса времени, оставшегося на этапе выравнивания, напряжение и ток будут вести себя так же, как и во время этапа поглощения.Однако амплитуды напряжения и тока различаются.

Какое влияние наблюдается на последовательно подключенные батареи? Основное определение последовательного соединения состоит в том, что один ток течет через все соединенные элементы. Если один зарядный ток применяется к 4 или более 12-вольтовым батареям, соединенным последовательно, то без этапа выравнивания вполне вероятно, что отдельные напряжения на 12-вольтовых батареях могут отличаться на целых 0,2 вольта. Например, после перезарядки напряжения на 4 батареях в 48-вольтовой цепочке могут быть 12.85, 12,8, 13,05 и 12,9 вольт. Если сложить эти напряжения вместе, получится 51,6 вольт, что соответствует 4 батареям с каждым напряжением = 12,9 вольт. Это теоретическое значение 100% SOC для свинцово-кислотной батареи.

Мы обсудим, почему эти индивидуальные различия могут существовать позже. А пока учтите, что 1,5 вольта представляют собой полный диапазон емкости одной 12-вольтовой батареи. Следовательно, 0,2 вольта составляет около 13% этого диапазона на одной батарее. Что происходит с этими отдельными напряжениями, когда мы используем ступень выравнивания? Показания изменятся на 12.89, 12,9, 12,91 и 12,9 вольт. Диапазон изменения теперь составляет всего 0,02 В, или 1,3% от диапазона полной емкости одной батареи. Это показывает, что все 4 батареи заряжены одинаково, просто на основании измерения напряжения на клеммах.

Почему начальная разница? Помните, что каждая 12-вольтовая свинцово-кислотная батарея состоит из 6 отдельных 2-вольтовых ячеек. Полностью заряженное напряжение каждой ячейки составляет 2,15 В. Что, если элементы не работают одинаково, и их напряжения изменяются до точки, где их суммарное значение колеблется в пределах 12?85 и 13,05 вольт. Именно это и произошло. Средство защиты, которое заключается в применении тока заряда уровня выравнивания, фактически «выравнивает» напряжения. Но объяснение остается в сфере эмпирических наблюдений. Не так приятно, как решение математического уравнения, но тем не менее эффективно.

Шестой этап: плавающий / ремонтный сбор.

Этот шаг очень важен с точки зрения фундаментальной концепции Battery Tender®. Вся цель плавающего режима / технического обслуживания — поддерживать полностью заряженный аккумулятор в состоянии 100% заряда (SOC).Почти для всех батарей это означает подачу напряжения на полностью заряженную батарею, которое на 1 или 2 десятых вольта выше напряжения, которое батарея может поддерживать, чтобы указать, что ее SOC = 100%. Кроме того, аккумулятор должен находиться в покое, не заряжаться и не разряжаться.

В большинстве случаев свинцово-кислотная батарея на 12 В при 100% SOC будет иметь напряжение покоя от 12,8 до 13,1 В. Это означает, что эффективное напряжение холостого хода должно составлять от 12,9 до 13,2 вольт. Однако большинство зарядных устройств Battery Tender® имеют напряжение холостого хода между 13.3 и 13,5 вольт. Важно то, что напряжение холостого хода должно быть выше, чем напряжение полностью заряженной батареи в состоянии покоя, и оно должно быть ниже, чем напряжение газовыделения, которое составляет около 13,8 вольт. См. Обсуждение плавающей зарядки на веб-сайте Battery Tender®. Определенно стоит потратить время на то, чтобы прочитать этот документ.

Требования к плавающему напряжению для литий-ионной батареи на 12 вольт, в частности, для литий-железо-фосфатной батареи, немного выше, поскольку объединенное напряжение 4 литий-ионных элементов составляет 13.3 вольта выше, чем 6 свинцово-кислотных элементов при 2,15 вольт.

На следующем рисунке текстовые поля над графиками напряжения и тока содержат подробные сведения об этапах зарядки. Шкала времени не пропорциональна реальному времени. Он настроен в соответствии с текстовыми полями. Это только для отображения информации.

Глядя на график, первым действительным этапом зарядки является этап 2, массовая зарядка. После успешной аттестации, в зависимости от используемого зарядного устройства, проводятся испытания с изменяющимся ограничением тока и синхронизацией по генерации напряжения, которые специально не показаны.Учитывая сложность этих тестов, их, безусловно, можно рассматривать как режим восстановления или, как минимум, режим расширенной квалификации. Достаточно сказать, что другие факторы рассматриваются для обеспечения безопасности и обоснованности решения перейти к основным этапам зарядки.

Основы алгоритма зарядки аккумулятора — Imazing Power

Основы зарядных устройств аккумуляторов, а также схемотехническая реализация алгоритмов зарядки линейных и изменяющихся зарядных устройств аккумуляторов.Во-первых, основная работа батарей описывается в условиях разомкнутой электрической цепи, разряда и зарядки. Далее приводится краткое изложение темы импульсной зарядки и ее реализации, а затем краткое изложение темы зарядки постоянным током и постоянным напряжением и, следовательно, особые соображения, относящиеся к зарядке литий-ионных (литий-ионных) аккумуляторов. Затем приводятся линейные и изменяемые реализации схем зарядного устройства CCCV, а также краткое изложение схем измерения уровня заряда батареи, многоячеечных зарядных устройств и методов балансировки ячеек.

Литий-ионный аккумулятор является самым стильным в модной бытовой электронике. У этой аккумуляторной технологии есть несколько преимуществ, таких как высокая плотность энергии, низкая скорость разряда, высокие экологические свойства и отличное рабочее напряжение. За последние пару лет некоторые типы этой аккумуляторной технологии совместно эволюционировали для решения таких проблем, как проблема типа, надежность и срок службы. Среди этих новых вариантов Li + литиевый полимер был чрезвычайно широко принят рынком, в первую очередь благодаря гибкости его типа.Новые батареи и соответствующие им рабочие площади отражают результаты изменений свойств материалов, в частности анода, катода и раствора батареи.

Хотя используемый аккумуляторный блок определяет теоретический зарядный ток, необходимый для аккумулятора на различных этапах зарядки, системные инженеры должны совместно учитывать два дополнительных фактора, которые влияют на конкретные уровни зарядного тока и будут приняты во внимание. один раз планируя схему зарядки.Основным из них является текущая мощность входного источника питания, который в большинстве случаев может быть настенным адаптером или USB-портом компьютера. Естественно, чем выше настоящее, поступающее в зарядное электронное оборудование от источника питания, тем выше настоящее, поступающее в аккумулятор. Вторая проблема, которая будет иметь впечатление в пределах фактического уровня тока заряда, — это рабочее состояние системы на протяжении всего метода зарядки. как только передвижное устройство находится в активном режиме во время зарядки аккумулятора (то есть, когда система работает), оно будет потреблять часть тока, обеспечиваемого источником питания, и поэтому ток, поступающий в аккумулятор, меньше теоретического значения .

заряженных электромобилей | Алгоритм AI точно предсказывает жизненный цикл литий-ионных батарей

Алгоритм AI точно предсказывает жизненный цикл литий-ионных батарей

Опубликовано: 3 апреля 2019 г., автор: Диллан Фернесс, , в рубрике Newswire, The Tech.

Ученые из Массачусетского технологического института, Стэнфорда и исследовательского института Toyota (TRI) разработали алгоритм искусственного интеллекта, который, по их словам, может точно предсказать срок службы литий-ионных аккумуляторов.Алгоритм проанализировал такие факторы, как падение напряжения, чтобы сделать прогнозы относительно того, сколько еще циклов проработает батарея. Прогнозы оказались в пределах 9 процентов от фактического срока службы батареи.

Алгоритм также классифицировал батареи как имеющие большой или короткий срок службы на основе первых пяти циклов заряда / разряда. Эти прогнозы оказывались точными в 95% случаев.

Одна из целей проекта — найти эффективный способ зарядки аккумуляторов за десять минут.Исследователи считают, что модель прогнозирования может быть использована для уменьшения времени, необходимого для проверки батарей с новым химическим составом и для оценки батарей с более длительным сроком службы. Алгоритм также может помочь переработчикам идентифицировать элементы в использованных батареях электромобилей, у которых есть достаточный оставшийся срок службы для вторичного использования.

Исследователь сделал общедоступным набор данных, используемый для обучения алгоритма.

«Стандартный способ тестирования новых конструкций аккумуляторов — заряжать и разряжать элементы до тех пор, пока они не разрядятся.Поскольку аккумуляторы имеют долгий срок службы, этот процесс может занять многие месяцы и даже годы », — сказал Питер Аттиа, докторант Стэнфордского университета, который был одним из руководителей исследования. «Это дорогостоящее узкое место в исследовании аккумуляторов».

«Несмотря на все время и деньги, которые тратятся на разработку аккумуляторов, прогресс по-прежнему измеряется десятилетиями», — сказал Патрик Херринг, ученый-исследователь TRI, который участвовал в исследовании. «В этой работе мы на порядок сокращаем один из самых трудоемких шагов — тестирование батарей.”

Работа описана в журнале Nature Energy.

Источник: Toyota

Теги: Аккумуляторы для электромобилей

Неразрушающий алгоритм быстрой зарядки литий-ионных аккумуляторов на основе управляемой электрохимической модели

Автор

Включено в список:

• Чу, Чжэнъюй
• Фэн, Сюнин
• Лу, Ланганг
• Ли, Цзяньцю
• Хан, Сюэбин
• Оуян, Мингао

Abstract

Быстрая зарядка имеет решающее значение при использовании литий-ионных аккумуляторов в электромобилях.Обычные алгоритмы быстрой зарядки могут сократить срок службы литий-ионных батарей и вызвать проблемы с безопасностью, такие как внутреннее короткое замыкание, вызванное отложением лития на отрицательном электроде. В этой статье предлагается новый алгоритм быстрой зарядки, основанный на неразрушающей модели. Алгоритм быстрой зарядки состоит из двух замкнутых контуров. Первый контур включает в себя наблюдателя избыточного потенциала анода, который может наблюдать за состоянием осаждения лития в режиме онлайн, тогда как второй контур включает структуру обратной связи, которая может изменять ток на основе наблюдаемого состояния осаждения лития.Алгоритм зарядки увеличивает зарядный ток для поддержания наблюдаемого перенапряжения анода вблизи заданного порогового потенциала. Следовательно, алгоритм быстрой зарядки может сократить время зарядки, сохраняя при этом здоровье аккумулятора. Алгоритм быстрой зарядки проверен на коммерческом крупноформатном никель-кобальт-марганцево-графитовом элементе. Результаты показали, что 96,8% емкости аккумулятора можно зарядить за 52 минуты. Посмертное исследование поверхности отрицательного электрода и тесты на деградацию показали, что предложенный здесь алгоритм быстрой зарядки защищает аккумулятор от осаждения лития.

Рекомендуемая ссылка

Чу, Чжэнъю и Фэн, Сюнин и Лу, Ланганг и Ли, Цзяньцю и Хан, Сюэбин и Оуян, Мингао, 2017. « Неразрушающий алгоритм быстрой зарядки литий-ионных аккумуляторов на основе ориентированной на управление электрохимической модели », Прикладная энергия, Elsevier, т. 204 (C), страницы 1240-1250.

Обозначение: RePEc: eee: appene: v: 204: y: 2017: i: c: p: 1240-1250
DOI: 10.1016 / j.apenergy.2017.03.111

Скачать полный текст от издателя

Поскольку доступ к этому документу ограничен, вы можете поискать его другую версию.

Ссылки на IDEAS

1. Sun, Fengchun & Xiong, Rui & He, Hongwen & Li, Weiqing & Aussems, Йохан Эрик Эммануэль, 2012. « Динамический многопараметрический метод на основе модели для оценки пиковой мощности литий-ионных батарей », Прикладная энергия, Elsevier, т. 96 (C), страницы 378-386.
2. Фэн, Сюнин и Вен, Цайхао и Оуян, Мингао и Сунь, Цзин, 2016. « Онлайн-обнаружение внутреннего короткого замыкания для литий-ионной батареи большого формата », Прикладная энергия, Elsevier, т.161 (C), страницы 168-180.
3. Xiong, Rui & Sun, Fengchun & Chen, Zheng & He, Hongwen, 2014. « Управляемый данными многомасштабный подход к оценке параметров на основе расширенной фильтрации Калмана и состояния литий-ионной олимерной батареи в электромобилях », Прикладная энергия, Elsevier, т. 113 (C), страницы 463-476.
4. Ouyang, Minggao & Feng, Xuning & Han, Xuebing & Lu, Languang & Li, Zhe & He, Xiangming, 2016. « Модель динамического снижения емкости и ее приложения с учетом переменной нагрузки для литий-ионной батареи большого формата », Прикладная энергия, Elsevier, т.165 (C), страницы 48-59.

Полные ссылки (включая те, которые не соответствуют элементам в IDEAS)

Цитаты

Цитаты извлекаются проектом CitEc, подпишитесь на его RSS-канал для этого элемента.

Цитируется:

1. Анхелес Кабанеро, Мария и Альтманн, Йоханнес и Голд, Лукас и Боаретто, Никола и Мюллер, Яна и Хайн, Саймон и Зауш, Йохен и Калло, Йозеф и Латц, Арнульф, 2019. « Исследование температурной зависимости условий начала литиевого покрытия в коммерческих литий-ионных аккумуляторах », Энергия, Elsevier, т.171 (C), страницы 1217-1228.
2. Wang, Bin & Wang, Shifeng & Tang, Yuanyuan & Tsang, Chi-Wing & Dai, Jinchuan & Leung, Майкл К.Х. И Лу, Сяо-Инь, 2019. « Микро / наноструктурированные аноды из MnCo2O4,5 с высокой обратимой емкостью и отличными скоростными характеристиками для литий-ионных аккумуляторов нового поколения », Прикладная энергия, Elsevier, т. 252 (C), страницы 1-1.
3. Ли, Цзюньцю и Сун, Данни и Джин, Синь и Ши, Вентун и Сун, Чао, 2019. «Анализ тепловых характеристик перезаряда литий-ионной батареи и моделирование электротермической связанной модели на основе импеданса», Прикладная энергия, Elsevier, т.254 (С).
4. Цзоу, Чанфу и Ху, Сяосун и Вэй, Чжунбао и Тан, Сяолинь, 2017. « Управление зарядкой на уровне элементов литий-ионной батареи с учетом электротермической динамики с помощью прогнозируемого управления с мониторингом состояния », Энергия, Elsevier, т. 141 (C), страницы 250-259.
5. Хун Чжао, Ли Ван и Цзунхай Чен, Сянмин Хэ, 2019. « Проблемы быстрой зарядки электромобилей и роль красного фосфора как анодного материала: обзор », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol.12 (20), страницы 1-23, октябрь.
6. Линь, Цянь и Ван, Цзюнь и Сюн, Руи и Шэнь, Вэйсян и Хэ, Хунвэнь, 2019. « На пути к более разумной системе управления батареями: критический обзор оптимальных методов зарядки литий-ионных батарей », Энергия, Elsevier, т. 183 (C), страницы 220-234.

Самые популярные товары

Это элементы, которые чаще всего цитируют те же работы, что и эта, и цитируются в тех же работах, что и эта.

1. Cuma, Mehmet Ugras & Koroglu, Тахсин, 2015.« Комплексный обзор стратегий оценки, используемых в гибридных и аккумуляторных электромобилях ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 42 (C), страницы 517-531.
2. Дай, Хайфэн и Сюй, Тяньцзяо и Чжу, Летао и Вэй, Сюэчжэ и Сунь, Цзэчжан, 2016. « Адаптивная идентификация параметров модели для литий-ионных аккумуляторов большой емкости на отдельных временных шкалах ,» Прикладная энергия, Elsevier, т. 184 (C), страницы 119-131.
3. Ху, Сяосун и Цзян, Хайфу и Фэн, Фэй и Лю, Бо, 2020.« Улучшенная иерархия оценки нескольких состояний для расширенного управления литий-ионными батареями ,» Прикладная энергия, Elsevier, т. 257 (С).
4. Ян, Цзюфэн и Ся, Бинг и Хуанг, Вэньсинь и Фу, Юхун и Ми, Крис, 2018. « Онлайн-оценка состояния литий-ионных аккумуляторов с использованием анализа зарядного тока при постоянном напряжении », Прикладная энергия, Elsevier, т. 212 (C), страницы 1589-1600.
5. Цюаньцин Ю и Чанцзян Ван, Цзюньфу Ли, Жуй Сюн и Зею Чен, 2021 год.» Схема диагностики неисправности датчика на основе модели для аккумуляторов в электромобилях «, Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 14 (4), страницы 1-15, февраль.
6. Ren, Dongsheng & Liu, Xiang & Feng, Xuning & Lu, Languang & Ouyang, Minggao & Li, Jianqiu & He, Xiangming, 2018. « Прогнозирование теплового разгона литий-ионных батарей на основе модели на основе кинетического анализа компонентов элементов », Прикладная энергия, Elsevier, т. 228 (C), страницы 633-644.
7. Ван, Тао и Цзэн, К.Дж. И Чжао, Цзиюнь и Вэй, Чжунбао, 2014. « Тепловое исследование модуля литий-ионной батареи с различными структурами ячеек и стратегиями принудительного воздушного охлаждения », Прикладная энергия, Elsevier, т. 134 (C), страницы 229-238.
8. Вэн, Цайхао и Фэн, Сюнин и Сун, Цзин и Пэн, Хуэй, 2016. « Мониторинг состояния литий-ионных аккумуляторных модулей и блоков с помощью возрастающего отслеживания пиковой емкости ,» Прикладная энергия, Elsevier, т. 180 (C), страницы 360-368.
9. О, Ки-Ён и Епуряну, Богдан И., 2016. « Описание и моделирование термомеханики литий-ионных аккумуляторных элементов ,» Прикладная энергия, Elsevier, т. 178 (C), страницы 633-646.
10. Фэн, Сюнин и Лу, Ланганг и Оуян, Мингао и Ли, Цзянцю и Хэ, Сянмин, 2016. « Трехмерная модель распространения теплового разгона для модуля литий-ионной батареи большого формата «, Энергия, Elsevier, т. 115 (P1), страницы 194-208.
11. Чжао, Синь и де Каллафон, Раймонд А., 2016. « Моделирование динамики и гистерезиса батареи для прогнозирования подачи энергии и оценки SOC ,» Прикладная энергия, Elsevier, т. 180 (C), страницы 823-833.
12. Пила, Л.Х., Йе, Й. и Тай, А.А.О., 2014. « Электротермический анализ и вопросы интеграции литий-ионных аккумуляторов для электромобилей », Прикладная энергия, Elsevier, т. 131 (C), страницы 97-107.
13. Чен, Зею и Сюн, Руи и Тянь, Цзиньпэн и Шан, Сюн и Лу, Цзяхуань, 2016.« Подход к диагностике неисправностей на основе модели при внешнем коротком замыкании литий-ионной батареи, используемой в электромобилях », Прикладная энергия, Elsevier, т. 184 (C), страницы 365-374.
14. Чжэн, Юэцзю и Оуян, Мингао и Ли, Сянцзюнь и Лу, Ланганг и Ли, Цзяньцю и Чжоу, Лун и Чжан, Чжендун, 2016. « Оптимизация частоты записи для массивного хранения данных о батареях в системах управления батареями ,» Прикладная энергия, Elsevier, т. 183 (C), страницы 380-389.
15. Li, Shi & Pischinger, Stefan & He, Chaoyi & Liang, Liliuyuan & Stapelbroek, Michael, 2018. « Сравнительное исследование алгоритмов оценки емкости на основе моделей в рамках двойной оценки для литий-ионных батарей при испытании на ускоренное старение », Прикладная энергия, Elsevier, т. 212 (C), страницы 1522-1536.
16. Сюэ, Нанси и Ду, Венбо и Греслер, Томас А. и Шай, Вей и Мартинс, Хоаким Р.Р.А., 2014. « Дизайн литий-ионной аккумуляторной батареи для PHEV с использованием гибридного метода оптимизации », Прикладная энергия, Elsevier, т.115 (C), страницы 591-602.
17. Ouyang, Minggao & Gao, Shang & Lu, Languang & Feng, Xuning & Ren, Dongsheng & Li, Jianqiu & Zheng, Yuejiu & Shen, Ping, 2016. « Определение емкости аккумуляторной батареи с учетом ошибки оценки с использованием диаграммы« Емкость – количество »,» Прикладная энергия, Elsevier, т. 177 (C), страницы 384-392.
18. Мохаммадмахди Гиджи и Василий Новожилов, Халид Мойнуддин, Пол Джозеф и Ян Берч, Бригитта Сундерманн и Грант Гэмбл, 2020.« Обзор системы пожаротушения литий-ионных батарей », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 13 (19), страницы 1-30, октябрь.
19. Цзян, З.Й. И Ку, З.Г., 2019. «Терморегулирование литий-ионной батареи с использованием тепловой трубки и материала с фазовым переходом во время цикла разряд-заряд: всестороннее численное исследование », Прикладная энергия, Elsevier, т. 242 (C), страницы 378-392.
20. Ян, Дуэт и Ван, Юцзе и Пан, Руи и Чен, Жуйян и Чен, Цзунхай, 2018.« Оценка состояния литий-ионной батареи на основе регрессии опорного вектора », Прикладная энергия, Elsevier, т. 227 (C), страницы 273-283.

Исправления

Все материалы на этом сайте предоставлены соответствующими издателями и авторами. Вы можете помочь исправить ошибки и упущения. При запросе исправления укажите дескриптор этого элемента: RePEc: eee: appene: v: 204: y: 2017: i: c: p: 1240-1250 . См. Общую информацию о том, как исправить материал в RePEc.

По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, заголовка, аннотации, библиографической информации или информации для загрузки, обращайтесь:. Общие контактные данные поставщика: http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/405891/description#description .

Если вы создали этот элемент и еще не зарегистрированы в RePEc, мы рекомендуем вам сделать это здесь. Это позволяет привязать ваш профиль к этому элементу. Это также позволяет вам принимать потенциальные ссылки на этот элемент, в отношении которых мы не уверены.

Если CitEc распознал библиографическую ссылку, но не связал с ней элемент в RePEc, вы можете помочь с этой формой .

Если вам известно об отсутствующих элементах, цитирующих этот элемент, вы можете помочь нам создать эти ссылки, добавив соответствующие ссылки таким же образом, как указано выше, для каждого элемента ссылки. Если вы являетесь зарегистрированным автором этого элемента, вы также можете проверить вкладку «Цитаты» в своем профиле RePEc Author Service, поскольку там могут быть некоторые цитаты, ожидающие подтверждения.

По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, заголовка, аннотации, библиографической информации или информации для загрузки, обращайтесь: Catherine Liu (адрес электронной почты указан ниже). Общие контактные данные поставщика: http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/405891/description#description .

Обратите внимание, что исправления могут отфильтроваться через пару недель. различные сервисы RePEc.

.

No related posts.