Литий-ионные (Li-Ion) и литий-железо-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторные батареи широко используются сегодня в компьютерной технике, мобильных устройствах, бытовых приборах. Популярность этих АБ объясняется большим числом их преимуществ по сравнению с источниками питания других типов. При использовании аккумуляторных батарей такого типа важно учитывать их особенности. Так, Li-Ion батареи чувствительны к напряжению выше 4,2 В и ниже 2,5 В. Это означает, что перезаряд или глубокий разряд АБ ведет к ускоренному ее износу и преждевременному выходу из строя. Решить проблему можно путем подключения балансира к аккумуляторной батарее.
Зачем нужна балансировка
LiFePO4 и Li-Ion батареи состоят из нескольких ячеек, соединенных последовательно. Благодаря такой схеме подключения значение общего напряжения АБ (U) равно сумме напряжений (ƩU) всех элементов. Например, аккумуляторная батарея на 12 вольт может иметь в составе 6 банок по 2 вольта каждая. Зарядное устройство, используемое для подзарядки такого источника питания, «считывает» именно общее напряжение АБ и производит заряд батареи, ориентируясь на этот показатель. Проблема в том, что U отдельных элементов может различаться. Это происходит по разным причинам, в том числе – вследствие износа. В результате заряд ячеек происходит неравномерно: когда одни готовы к работе, другие остаются недозаряженными. Это ведет к перегреву АБ и преждевременному выходу ее из строя. Продлить срок службы литиевой аккумуляторной батареи можно за счет балансировки или выравнивания напряжения в общей схеме.
Типы балансиров
В зависимости от принципа действия балансир для LiFePO4 и Li-Ion АБ может быть:
- пассивным, способным разряжать ячейки, напряжение которых превышает средний показатель. Это происходит за счет того, что в процессе заряда АБ устройство ограничивает подачу напряжения к элементам, заряженным больше других. Балансир пропускает часть тока через себя, позволяя зарядиться остальным банкам;
- активным. Такое устройство обеспечивает перенос энергии с одного элемента на другой. Балансир сравнивает U двух ячеек, после чего от элемента с большим напряжением заряжается конденсатор. Затем от конденсатора заряжается менее заряженный элемент. Процедура повторяется до выравнивания U на всех ячейках.
Особенности работы устройств разного типа
Балансировочный узел обычно вмонтирован в BMS-плату, выполняющую функции системы управления батареей. Пассивный балансир для аккумуляторных батарей оперирует малыми токами, но обеспечивает более точное выравнивание. Пассивная балансировка начинается при разбалансе 0,1 В или даже меньше. При этом выравнивание напряжений сопровождается большими потерями энергии, и балансировка возможна только при заряде АБ. Активный балансир включается в работу, когда разница U между ячейками достигает 0,5 В и более. Преимущества активной балансировки – малые потери энергии, выравнивание как при заряде, так и при разряде аккумуляторной батареи.
