Что такое разбалансировка аккумулятора?

Разбалансировка – это разбег (неравность) напряжения отдельных аккумуляторов, последовательно соединенных в АКБ. Изначально при сборке аккумуляторных батарей Li-ion типа обязательно соблюдается равность вольтажа всех элементов питания. Но постепенно, после множества рабочих циклов, напряжение аккумуляторов «разбегается», т.е. немного отклоняется от начального одинакового значения.

Со временем этот разбаланс возрастает до десятых долей вольта. Например, одни элементы в сборке имеют напряжение 3,6 В, другие – 3,5 В, третьи – 3,4 В. Но при эксплуатации батарей подсоединяемые к ним зарядники и нагрузки воспринимают общее напряжение АКБ. Если же вольтаж «банок» различен, это приводит к их систематическому перезаряду и недозаряду.

Чем вредит разбалансировка?

Разбалансировка опасна тем, что:

• Ячейки заряжаются неравномерно – одни быстрее, другие медленнее. Но зарядное устройство прекращает процесс зарядки, когда общее напряжение АКБ достигает установленного максимума. В итоге одни аккумуляторы оказываются чересчур заряженными, а другие – с неполным зарядом.
• Разряжаются аккумуляторы тоже неравномерно. К завершению рабочего цикла некоторые из них могут разрядиться ниже установленного минимума, хотя остальные могли бы еще отдавать накопленную энергию. В результате аккумы работают с неодинаковой производительностью, и снижается эффективность использования всей системы.
• Нарушается строго регламентированный промежуток рабочих напряжений ячеек, возрастает риск их критических разрядов и перезарядов. Из-за этого в элементах питания происходят неизбежные разрушительные процессы. На практике это приводит к снижению технических характеристик, сокращению номинального ресурса и преждевременному выходу из строя.
• Разбалансировка приводит к падению восстанавливаемой емкости, росту внутреннего сопротивления элементов, снижению токоотдачи, ускорению саморазряда. В целом АКБ значительно теряет в своей эффективности и постепенно становится неработоспособной.
• Чрезмерный заряд может привести к перегреву и воспламенению, а глубокий разряд – к росту дендритов в структуре ячеек и возникновению внутри них короткого замыкания.

К каким последствиям приведет разбалансировка – зависит от величины «разбега» между компонентами АКБ.

Способы устранения разбаланса

Чтобы свести к минимуму разбег по вольтажу между последовательно соединенными Li-ion ячейками, аккумуляторные батареи собирают из абсолютно одинаковых элементов. В идеале их берут из одной серии и тщательно проверяют на идентичность всех параметров. Кроме того, чтобы исключить постепенный разбег ячеек, на сборки устанавливают BMS платы с возможностями балансировки и балансиры.

БМС плата балансирует элементы малыми токами. Ей по силам выравнивать напряжение на элементах АКБ малой емкости. Для более емких батарей балансирующих способностей BMS плат недостаточно, поэтому дополнительно их оснащают мощными балансирами. Без них БМС плата только выявит разбег потенциала и отключит АКБ, если разбаланс будет существенным.

Балансиры бывают 2 видов:

• Пассивные – устраняют разбалансировку на завершающей стадии зарядки, когда некоторые ячейки уже полностью заряжены. Принцип их работы заключается в отводе с заряженных аккумов лишней емкости в виде тепла. Для этого применяется резистор или транзистор. Такие балансиры работают точно, но рассеивают излишнюю энергию. Выбирают их так, чтобы напряжение балансирующего устройства было чуть меньше верхнего напряжения отсечки БМС платы.
• Активные – балансируют ячейки при заряде и разряде АКБ, причем работают без рассеивания энергии, просто перенося ее между «банками». По точности уступают пассивным аналогам – 0,5 В против 0,1 В, зато могут иметь большой ток балансировки. Отлично подходят для высокоемкостных АКБ.

Без корректной балансировки элементов рассчитывать на долгую и стабильную работу АКБ не приходится.

В предыдущей статье блога VoltBikes.ru мы рассказали о том, какой электроснегокат лучше выбрать для ребенка.