elektro.info

Nowoczesne oświetlenie Neonica

Nowoczesne oświetlenie Neonica

Podczas remontu mieszkania, domu, pokoju czy biura, lub w trakcie planowania od samego początku ważnej dla nas przestrzeni, najczęściej w głowie mamy już przygotowaną wizję lub koncepcję. Plany te dotyczą...

Podczas remontu mieszkania, domu, pokoju czy biura, lub w trakcie planowania od samego początku ważnej dla nas przestrzeni, najczęściej w głowie mamy już przygotowaną wizję lub koncepcję. Plany te dotyczą zarówno układu mebli, wykorzystanych materiałów czy koloru ścian. Jednak przede wszystkim warto dokładnie i z uwagą podjąć decyzje związane z wyborem odpowiedniego oświetlenia.

news Skuter elektryczny od Seata

Skuter elektryczny od Seata

Seat przedstawił nowy, całkowicie elektryczny skuter, który pojawi się na drogach w przyszłym roku. Model e-Scooter został zaprojektowany w taki sposób, aby jak najlepiej wpisać się w rosnący trend współdzielonej...

Seat przedstawił nowy, całkowicie elektryczny skuter, który pojawi się na drogach w przyszłym roku. Model e-Scooter został zaprojektowany w taki sposób, aby jak najlepiej wpisać się w rosnący trend współdzielonej mobilności.

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

Właściwości eksploatacyjne ogniw litowych

Properties of lithium cells under operating conditions

Zasada działania akumulatora litowego

Akumulatory zbudowane z ogniw litowych pojawiły się w komercyjnym zastosowaniu na początku lat 90. i szybko zaczęły się upowszechniać. Dziś dostępne są różne odmiany akumulatorów litowych, a ich popularność bardzo szybko rośnie.

W artykule:

• Ogniwa z grupy litowej, trwałość ich pracy, temperatura ich pracy i przechowywania, ładowanie i ich uszkodzenia
• Elektroniczne systemy zabezpieczające i kontrolujące ogniwa litowe
• Pasywne i aktywne balansowanie (równoważenie) ogniw, w tym metodą doboru ogniw

Akumulatory litowe są powszechnie stosowane w telefonach komórkowych, tabletach, laptopach, aparatach fotograficznych, elektronarzędziach, w samochodach elektrycznych i hybrydowych, lotnictwie, a także w górnictwie, gdzie zaczynają wypierać stosowane od lat akumulatory kwasowo-ołowiowe [1]. Oferują one największą gęstość energii spośród wszystkich akumulatorów dostępnych na rynku (rys. 1.). Nie występuje w nich również tzw. efekt pamięciowy, zaś samorozładowanie jest niewielkie, trwałość jest duża, i w wielu przypadkach przekracza 2000 cykli pracy (rys. 2.). Wymagają one niemniej dość szczególnej uwagi, ponieważ zarówno ich przeładowanie, jak też nadmierne rozładowanie mogą doprowadzić do trwałego uszkodzenia. Aby się przed tym uchronić, należy stosować odpowiednie zabezpieczenia, głównie elektroniczne, a także specjalną ich obudowę chroniącą przed przegrzewaniem, wilgocią, drganiami i uszkodzeniami mechanicznymi. Oferta ogniw litowych w rynku szybko rośnie i rozszerza się o wersje o zwiększonej pojemności i lepszych specyficznych parametrach eksploatacyjnych. Obecnie nie odnotowano żadnej innej technologii, która mogłaby zagrozić akumulatorom litowym.

b wlasciwosci eksploatacyjne ogniw li rys2
Rys. 2. Średnia żywotność akumulatorów; rys. W. Kurpiel, B. Miedziński

Akumulatory

Baterie i akumulatory (złożone z ogniw) są w ogólnym tego słowa znaczeniu elektrochemicznymi źródłami zasilania. W wyniku zachodzących w nich reakcji chemicznych powstaje energia elektryczna. Wymaganą wartość napięcia zasilania lub wyższą pojemność uzyskuje się poprzez szeregowe i/lub równoległe łączenie ogniw.

Wyróżnia się tutaj ogniwa pierwotne (ogniwa nieładowalne) i ogniwa wtórne (ogniwa ładowalne).

  • W ogniwach pierwotnych zachodzi nieodwracalna reakcja chemiczna, w wyniku której jest wytwarzana energia elektryczna. Ogniwa pierwotne są stosowane w bateriach.
  • Ogniwa wtórne zaś są elementami konstrukcyjnymi akumulatorów. Stanowią one zamknięte źródło zasilania, w którym energia przechowywana jest chemicznie, a następnie uwalniana w rezultacie reakcji chemicznych jako strumień elektronów wytwarzający prąd przepływający w obwodzie zamkniętym przez odbiornik.
b wlasciwosci eksploatacyjne ogniw li rys3
Rys. 3. Zasada działania akumulatora litowego; rys. W. Kurpiel, B. Miedziński

Czytaj też: Sterowniki PLC, enkodery, pulpity sterownicze - pobierz bezpłatny poradnik >>>

Zasada działania ogniw litowych polega na migracji jonów Li+ przez elektrolit pomiędzy dwoma elektrodami, anodą i katodą, w trakcie odwracalnych procesów ładowania i wyładowania (rys. 3.). Elektrody rozdzielone są separatorem nasyconym roztworem soli litu (należy zaznaczyć, że w ogniwach galwanicznych katoda jest elektrodą dodatnią zaś anoda – ujemną). Jako elektrolit stosuje się zarówno ciecz, żel czy stały przewodzący polimer.

Większość ogniw litowo-jonowych zawiera ciekły elektrolit z rozpuszczoną solą litu, jak np. LiPF6, LiBF4 czy LiClO4. Rozpuszczalnikiem jest najczęściej mieszanina organicznych węglanów. Ponadto stosuje się dodatki zwiększające stabilność granicy faz elektroda/elektrolit [3–5].

Ładowane ogniwo litowe dokonuje transferu ładunku elektrycznego od katody, poprzez elektrolit zawierający sole litowe w mieszaninie organicznych związków, do anody. Odwrotny proces następuje podczas rozładowywania ogniwa. Zachodząca reakcja powoduje, że generowana jest SEM, a po podłączeniu odbiornika zaczyna przepływać w obwodzie prąd.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Ogniwa z grupy litowej

Najczęściej spotykane i stosowane rodzaje ogniw litowych [10]:

  • litowo-żelazowo-fosforanowe (Li-FePO4) – technologia litowo-żelazowo-fosforanowa Li-FePO4 łączy w sobie zalety wysokiej wydajności prądowej, dużej gęstości energetycznej oraz bezpieczeństwa i długiego czasu eksploatacji. Ogniwa Li-FePO4 nadają się szczególnie do zastosowań wysokoprądowych. Można je rozładowywać prądem ciągłym o wartości do 30 C i ładować prądem o wartości do 4 C. Posiadają napięcie nominalne 3,2 V mogą być eksploatowane w zakresie napięć od 3,6 V do 2,0 V. Projektowany czas eksploatacji ogniw osiąga kilka tysięcy cykli ładowania/rozładowania. Ogniwa wykazują zwiększoną w stosunku do innych technologii litowo-jonowych odporność na niewłaściwe warunki eksploatacji. Jednak zgodnie z dobrymi praktykami produkcji systemów zasilania na bazie akumulatorów litowych, wymagają stosowania odpowiedniego układu zabezpieczającego,
  • litowo-manganowe (Li-Mn2O4) – to odmiana ogniw technologii litowo-jonowej przeznaczonej do pracy wysokoprądowej. Charakteryzują się niską impedancją wewnętrzną, co gwarantuje bardzo korzystne przebiegi napięciowe przy dużych prądach. Korzystną cechą jest tez niewielka waga akumulatorów i dobra żywotność cykliczna. Mogą pracować w zakresie temperatur –40°C...+65°C i charakteryzują się niskim współczynnikiem samorozładowania, dzięki czemu czas ich przechowywania sięga nawet 10 lat,
  • litowo-jonowe (Li-Ion) – znamionowe napięcie pojedynczego ogniwa wynosi 3,7 V. Stosowane są tam, gdzie wymagana jest duża moc, a waga i rozmiar mają być minimalne. Ich podstawową zaletą jest brak efektu pamięci. Ponieważ są wrażliwe na przeładowanie (grozi to wybuchem akumulatora) proces ich ładowania jest nieco bardziej rygorystyczny. Powoduje to, że ładowarki akumulatorów Li-Ion są nieco bardziej skomplikowane w konstrukcji, a zatem też droższe. Szczególnie istotnym wskaźnikiem w przypadku zastosowania tego typu akumulatorów jest niespotykana w innych rozwiązaniach niezależność mocy akumulatora od stopnia jego naładowania. Zazwyczaj wiąże się to ze znacznym zmniejszeniem napięcia wraz z rozładowywaniem się akumulatora, w tym przypadku charakter krzywej jest bardziej zbliżony do płaskiego,
  • litowo-polimerowe – są odmianą ogniwa Li-Ion. Podstawową zaletą tego typu ogniw jest to, że można je wykonywać w dowolnym kształcie i stosunkowo cienkie. To spowodowało, że znalazły szerokie zastosowanie choćby w telefonach komórkowych, czy innych urządzeniach mobilnych. Ogniwa litowo-polimerowe praktycznie wykazują takie same właściwości jak akumulatory litowo-jonowe,
  • litowo-tytanowe – w ogniwach LTO anoda wykonana jest z tlenku tytanu (Li4Ti5O12). Mogą one pracować w temperaturze nawet –46°C (rozładowywanie i ładowanie), przy której akumulatory kwasowe mają bardzo niewielką pojemność. Przy –30°C akumulatory mają nawet ponad 80% pojemności, w stosunku do pojemności w temperaturze otoczenia 20°C. Powoduje to, że sprawdzają się one w wielu strefach klimatycznych, a także w zastosowaniach ekstremalnych związanych z temperaturą otoczenia (maksymalna temperatura pracy to ok. 70°C). Ten typ ogniw może być ładowany prądem o dużym natężeniu nawet do 30 C. Same akumulatory, nieużywane, samoistnie rozładowują się w niewielkim stopniu. Do wad tego typu rozwiązania należy napięcie wytwarzane przez jedną celę, jest to zaledwie ok. 2,4 V, choć nadal jest to wartość większa niż w odniesieniu do akumulatorów kwasowych (2 V).

 

Trwałość pracy ogniwa litowego

Trwałość wyraża się liczbą cykli ładowania/rozładowania, a jako koniec życia akumulatora przyjmuje się zwykle spadek jego pojemności do 80% wartości nominalnej. Trwałość akumulatora litowego zależy od szeregu czynników, między innymi od temperatury pracy i temperatury przechowywania oraz przebiegu procesu ładowania.

Temperatura pracy i przechowywania

W celu zwiększenia trwałości zaleca się przechowywanie nieużywanych akumulatorów Li-Ion (Li-Poly) w stosunkowo niskiej temperaturze (około 6°C) i co dość istotne, najlepiej naładowanych tylko do 40% pojemności. Konkretne parametry graniczne temperatury pracy zależą od technologii wykonania danego wariantu ogniwa.

Zgodnie z zasadami rządzącymi reakcjami chemicznymi wydajność prądowa i efektywny ładunek ogniwa litowego maleje wraz ze spadkiem temperatury. Używanie ogniwa poniżej temperatury –20°C jest wprawdzie możliwe, jednak jego właściwości energetyczne będą bardzo ograniczone, a trwałość naruszana. W warunkach zimowych uzasadniona wydaje się więc koncepcja podgrzewacza, który poprawi warunki pracy ogniw litowych, z których zbudowany jest akumulator, ale zużywając energię obniży czas użytkowania [9].

Temperatury powyżej optymalnej nie są zalecane ze względów bezpieczeństwa, szczególnie w sytuacji kiedy akumulator składa się z setek ogniw, a ich chłodzenie jest ograniczone i niejednakowe. Już bowiem nieco powyżej temperatury granicznej danego typu ogniwa następuje znaczące odkładanie się metalicznego litu.

Jeżeli temperatura wrośnie znacząco powyżej temperatury granicznej, może zostać naruszona warstwa pasywna rozdzielająca elektrodę ujemną i elektrolit. Prowadzi to do silnie egzotermicznej reakcji grafitu z elektrolitem i może doprowadzić do wzrostu ciśnienia i puchnięcia ogniwa lub zrzutu gazu przez zawór bezpieczeństwa. Jeśli zatem w ogniwie znajdzie się wolny tlen, np. z wywołanej ciepłem dekompozycji matrycy katodowej, to może nastąpić zapłon lub/i wybuch uszkodzonego ogniwa.

Czytaj też: Dobór urządzeń sterujących dla adaptacyjnego systemu sterowania (część 1.) - kryteria doboru urzadzeń >>>

W celu wyrównywania i obniżania temperatury ogniw w baterii możliwe jest zastosowanie układu wymuszonego chłodzenia cieczą lub powietrzem.

Również w procesie ładowania akumulatora należy uwzględnić wpływ temperatury. Wraz ze spadkiem jej wartości maleje dopuszczalne napięcie, powyżej którego ryzyko formowania się metalicznego litu na anodzie jest wysokie. Producenci ogniw litowych nie zalecają ładowania w temperaturze poniżej 0°C lub nakazują ładowanie niskimi prądami rzędu C/10, co wymusza długi czas tego procesu.

Ładowanie

Ładowanie ogniwa litowego przebiega w dwóch fazach: przy stałej wartości prądu (ang. constant current, CC) kiedy napięcie ogniwa jest jeszcze niższe od wartości uznawanej za dopuszczalną w danej temperaturze oraz przy stałej wartości napięcia (ang. constant voltage, CV) i malejącej wartości prądu. Oczywiście prąd ładowania także nie może przekroczyć wartości dopuszczalnej w danej temperaturze podanej przez producenta ogniwa. Ładowanie ogniwa jest ważnym etapem jego eksploatacji i ma duży wpływ na jego trwałość [1].

b wlasciwosci eksploatacyjne ogniw li rys4
Rys. 4. Zależność żywotności od końcowego ładowania; rys. W. Kurpiel, B. Miedziński

Najczęściej przyjmuje się napięcie 4,2 V jako napięcie końcowe ładowania akumulatorów litowo-jonowych i litowo-polimerowych (ale niższe w odniesieniu do żelazowo-fosforanowych LiFePO4 – zwykle 3,6 V), natomiast wartość 4,2 V nie jest wartością optymalną, tylko swego rodzaju kompromisem. Napięcie końcowe może więc zawierać się w granicach od 4,0 V do co najmniej 4,3 V. Czym niższe napięcie końcowe, tym oczywiście mniejsza uzyskana pojemność. Obniżanie jednak wartości napięcia końcowego zdecydowanie zwiększa trwałość.

b wlasciwosci eksploatacyjne ogniw li rys5
Rys. 5. Wydłużenie żywotności akumulatora poprzez obniżenie wartości napięcia końcowego; rys. W. Kurpiel, B. Miedziński

Jeśli więc dla napięcia znamionowego 3,2 V trwałość szacowana jest na około 2000 cykli pracy, o tyle przy napięciu końcowym 4,1 V jest aż dwukrotnie większa. Natomiast pojemność nie zmniejsza się dramatyczne, wynosi bowiem około 84% pojemności znamionowej. Z kolei zwiększenie napięcia końcowego do 4,3 V powoduje poważne, ponad dwukrotne zmniejszenie trwałości do około 1000 cykli. Przyrost zaś pojemności wynosi tylko 15%.

Przy zmniejszeniu napięcia końcowego o 0,1 V strata pojemności będzie zatem niewielka, najwyżej 15%, a wydłużenie żywotności – duże, mniej więcej, dwukrotne (rys. 4.).

Obniżenie napięcia końcowego powoduje też spowolnienie utraty pojemności (rys. 5.). Po 450 cyklach akumulator ładowany tylko do napięcia 4,1 V będzie miał pojemność większą, niż ładowany napięciem do 4,2 V.

Niestety, nie wszyscy producenci podają tego rodzaju szczegółowe informacje, a wyroby niektórych firm mogą mieć nieco inne właściwości od tutaj opisanych. Trzeba jednak zaznaczyć, że napięcie końcowe 4,2 V to kompromis między pojemnością, trwałością, a po części też czasem trwania ładowania.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Uszkodzenia ogniw litowych

Główną przyczyną wcześnie ujawniających się awarii akumulatorów są, przede wszystkim, błędy w ich konstrukcji. Są one powodowane przez błędy w projekcie lub przeoczenie i zamontowanie w urządzeniu uszkodzonych lub wybrakowanych podzespołów. Te ostatnie mogą mieć na przykład niewłaściwe wymiary. Jeżeli nie są wykonane z odpowiedniego materiału, możliwe, że będą z kolei mniej wytrzymałe mechanicznie oraz mniej odporne na korozję. Problemem są również podzespoły niestarannie wykończone. Ostre krawędzie mogą na przykład uszkodzić separatory elektrod powodując wewnętrzne zwarcie akumulatora.

b wlasciwosci eksploatacyjne ogniw li rys6
Rys. 6. Najwięcej awarii występuje na początku oraz pod koniec użytkowania akumulatora; rys. W. Kurpiel, B. Miedziński

Poważny problem stanowią również zanieczyszczenia wprowadzone w czasie produkcji do wnętrza zasobnika energii, które wchodzą w reakcję z materiałami oraz chemikaliami użytymi do budowy akumulatora (rys. 6.). Nowe związki powstałe w wyniku różnych reakcji chemicznych dyfundują w elektrolicie, osiadając ostatecznie na elektrodach.

Niektóre reakcje mogą ponadto zachodzić bardzo gwałtownie. Powoduje to wzrost ciśnienia wewnętrznego akumulatora. Wcześnie ujawniają się również takie problemy, jak słabość połączeń konstrukcji zasobnika oraz nieszczelności w jego obudowie. Spowodowane nimi wycieki elektrolitu oraz wnikanie wilgoci do wnętrza urządzenia znajdują odzwierciedlenie w jego niższej wydajności.

Z różnych przyczyn akumulator może się też przedwcześnie zużyć. Jest to powodowane głównie stopniową zmianą właściwości materiałów aktywnych. Inne przyczyny to m.in. postępujące niszczenie materiałów, z których wykonano separatory oraz uszczelnienia urządzenia. Akumulator zużywa się szybciej również na skutek samorozładowania, czyli samoistnego wyładowania zasobnika, który nie jest połączony z odbiornikiem energii elektrycznej.

Akumulatory są budowane w taki sposób, aby energia chemiczna w nich zgromadzona była stopniowo uwalniana w postaci energii elektrycznej dostarczanej odbiornikom. Niekontrolowane i gwałtowne jej wyzwolenie powoduje wzrost temperatury, który może doprowadzić do pożaru lub wybuchu. Odłamki z takiej eksplozji mogą pokaleczyć ludzi znajdujących się w najbliższym otoczeniu lub uszkodzić sąsiednie urządzenia. W czasie pożaru zniszczeniu może ulec również zasilany odbiornik. Podczas takich zdarzeń do otoczenia wyciekają toksyczne i powodujące korozję ciecze, wydzielają się także różnego rodzaju trujące gazy.

Efektywna diagnostyka pakietów ogniw akumulatorów jest wymagana, tak by mogły one funkcjonować jako niezawodne i stabilne źródła energii elektrycznej jak najdłużej, charakteryzując się przy tym dużą sprawnością energetyczną oraz wysokim poziomem bezpieczeństwa. Zwykle realizuje się ją wykorzystując specjalizowane układy elektroniczne określane skrótem BMS (Battery Management System), które są realizowane do konkretnych rozwiązań baterii.

Elektroniczne systemy zabezpieczające i kontrolujące ogniwa litowe

System BMS zapobiega uszkodzeniu ogniw litowych, z których zbudowany jest akumulator. Realizuje on szereg funkcji, takich jak:

  • pomiar wartości napięcia układu, prądu i temperatury,
  • poziom naładowania ogniw,
  • ochrona ogniw,
  • zarządzenie temperaturą,
  • kontrolowanie procedury ładowania/rozładowywania,
  • pozyskiwanie danych,
  • komunikacja z modułami wewnętrznym i zewnętrznymi,
  • monitorowanie i przechowywanie wcześniejszych danych.

 

Najważniejszym zadaniem tego układu jest wyrównywanie napięcia na ogniwach akumulatorowych zwanym balansowaniem (równoważeniem) ogniw [2].

Rozbieżność w ilości energii gromadzonej w ogniwach, w systemie akumulatorowym, ma bardzo duże znaczenie w odniesieniu do długości życia akumulatora. Bez systemu BMS, wartości napięcia na pojedynczych ogniwach mogą po pewnym czasie bardzo różnić się względem siebie. Pojemność całego pakietu również może się szybko zmniejszać w trakcie swojej pracy, co skutkuje utratą całkowitej zdatności systemu akumulatorowego do dalszej pracy.

Balansowanie (równoważenie) ogniw

b wlasciwosci eksploatacyjne ogniw li rys7
Rys. 7. Metody balansowania ogniw; rys. W. Kurpiel, B. Miedziński

Metody balansowania ogniw można podzielić na trzy główne grupy (rys. 7.) [6]:

  • balansowanie ogniw metodą ich odpowiedniego doboru (battery selection),
  • pasywne balansowanie ogniw (passive methods),
  • aktywne balansowanie ogniw (active methods).

 

Balansowanie ogniw metodą doboru ogniw

Bateria akumulatorowa składana jest z wyselekcjonowanych ogniw. Są dobierane pod względem właściwości elektrochemicznych, tak aby były możliwie jednakowe. Taki sposób doboru ogniw nie wymaga wówczas balansowania ogniw, ponieważ różnice napięcia i prądu elektrycznego są niewielkie [7].

Sposób ten nie jest wystarczający do utrzymania baterii ogniw połączonych szeregowo w równowadze przez cały czas eksploatacji. Po dłuższym bowiem czasie mogą wystąpić znaczące różnice związane z ich samowyładowaniem oraz różnym poziomem naładowania wynikającym z nierównomiernego starzenia się samych ogniw. Ta metoda może więc być używana wyłącznie do wyselekcjonowanych ogniw.

b wlasciwosci eksploatacyjne ogniw li rys8
Rys. 8. Obwód pasywnego balansowania ogniw; rys. W. Kurpiel, B. Miedziński

Pasywne balansowanie ogniw

Balansowanie pasywne polega na rozpraszaniu nadmiaru energii na ciepło za pomocą odpowiednio dobranych rezystorów. W tym przypadku wartości napięć poszczególnych ogniw są monitorowane przez mikrokontroler za pośrednictwem przetwornika A/C, na którego wejście, poprzez multiplekser, załączane są poszczególne ogniwa.

Jeżeli wartość napięcia któregoś z ogniw znacząco przekroczy napięcie pozostałych, zostaje załączony, odpowiedni klucz S. Skutkuje to rozładowaniem ogniwa, poprzez element obwodu równoważenia pasywnego – rezystor, połączony równolegle z każdym ogniwem i trwa do momentu, gdy napięcie ogniwa przeładowanego zrówna się z wartością napięcia pozostałych ogniw. Wówczas ładowanie pakietu jest kontynuowane. Równocześnie, kontrolowane są stale wartości napięć wszystkich pozostałych ogniw. Ideę pasywnego równoważenia ogniw przedstawia rys. 8.

Pasywne równoważenie ogniw ma jednak wady. Jedną z nich jest mała sprawność, wynikająca z faktu, że nadwyżka energii zgromadzona w niezrównoważonych ogniwach tracona jest w rezystorze na ciepło. Oprócz tego całkowita pojemność zestawu baterii jest ograniczona koniecznością dostosowania poziomu naładowania ogniw do pojemności „najsłabszego” z nich [7, 8].

Czytaj też: Projekt modelu laboratoryjnego linii napowietrznej do badania zabezpieczeń sieci elektroenergetycznych WN >>>

Równoważenie pasywne można przeprowadzać zatem wyłącznie w czasie trwania procesu ładowania ogniw. Nie można jednak w ten sposób zapobiec niezrównoważeniu ogniw, które pojawia się w trakcie ich użytkowania, i które jest zwykle następstwem, zjawiska ich samorozładowywania się.

Niemniej jednak wyrównywanie przeładowania jest efektywne tylko w odniesieniu do małej liczby ogniw połączonych szeregowo, ponieważ trudność wyrównywania wzrasta wykładniczo ze wzrostem liczby znajdujących się w szeregu ogniw. W ogólności, metody te są opłacalnymi rozwiązaniami przeznaczonymi do niskonapięciowych akumulatorów kwasowo-ołowiowych i bazujących na związkach niklu.

b wlasciwosci eksploatacyjne ogniw li rys9
Rys. 9. Obwód aktywnego balansowania ogniw metodą baterii do ogniwa; rys. W. Kurpiel, B. Miedziński

Aktywne balansowanie ogniw

Alternatywą pasywnej metody jest aktywne balansowanie ogniw. Podstawowa idea polega na zastosowaniu zewnętrznego układu przeznaczonego do aktywnego przenoszenia energii pomiędzy ogniwami. Metodę aktywnego balansowania ogniw można stosować w większości nowoczesnych ogniw z grupy litowej [7, 8].

Jest wiele metod aktywnego balansowania ogniw i w różny sposób są one klasyfikowane. Ze względu na sposób przepływu energii, metody te są grupowane w pięciu podstawowych podkategoriach (rys. 9.): bocznikowanie ogniwa, ogniwo do ogniwa, ogniwo do baterii, bateria do ogniwa i ogniwo do baterii i do ogniwa (ang. cell bypass, cell to cell, cell to pack, pack to cell and cell(s) to pack to cell(s)).

Podsumowanie

Bezpieczne i niezawodne użytkowanie ogniw litowych wymaga nadzorowania, parametrów i stanów ich pracy, określania wielu wielkości charakteryzujących granice ich wykorzystania, zapewnienia chłodzenia oraz odpowiedniej ochrony mechanicznej.

Głównymi elementami zapewniającymi ochronę w czasie eksploatacji ogniw litowych są:

  • zastosowanie systemu kontrolującego i nadzorującego pracę baterii zwanego BMS (ang. battery management system),
  • zastosowanie odpowiedniego balansowania (równoważenia) ogniw,
  • okresowe ładowanie i niedopuszczanie do głębokiego rozładowania ogniwa,
  • odpowiednia temperatura pracy i sposób przechowywania ogniw,
  • dokładna kontrola końcowego napięcia ładowania,
  • budowa matrycowa baterii (układ ogniw w połączeniu szeregowo-równoległym).

 

BMS zapewnia: bezpieczną pracę układu, chroni przed głębokim rozładowaniem, przeładowaniem oraz nadmierną temperaturą wewnętrzną ogniw, a także przed możliwością wystąpienia nagrzewania się ogniw w różnym stopniu.

Literatura

1. Górecki P.: „Akumulatory litowe”, Elektronika praktyczna nr 3/2015. 

2. Kurpiel W., Polnik B., Miedziński B.: System nadzorujący pracę baterii akumulatorów (BMS) w celu zwiększenia bezpieczeństwa ich funkcjonowania i żywotności stosowanych ogniw. Mech. Autom. Gór. 2014 nr 5.

3. B. Scrosati, J. Garche, J. Power Sources, 195 (2010) 2419

4. Z. Yang, J. Zhang, M. C. W. Kintner-meyer, X. Lu, D. Choi, J. P. Lemmon, Chem. Rev., 111 (2011) 3577

5. A. Mukhopadhyay, B. W. Sheldon, Prog. Mater. Sci., 63 (2014) 58

6. Javier Gallardo-Lozano, Enrique Romero-Cadaval, M. Isabel Milanes-Montero, Miguel A. Guerrero-Martinez: „Battery equalization active methods” - University of Extremadura, School of Industrial Engineering, Avda. Elvas s/n, 06006 Badajoz, Spain. – The International Journal on the Science and Technology of Electrochemical Energy Systems; www.elsevier.com/locate/jpowsour.

7. Jian Cao, Nigel Schofield, Ali Emadi: „Battery Balancing Methods: A Comprehensive Review” - IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, VPPC, September 3-5, 2008, Harbin, China.

8. Mohamed Daowd, Noshin Omar, Peter Van Den Bossche, and Joeri Van Mierlo, Passive and Active Battery Balancing comparison based on MATLAB Simulation, 7th IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, VPPC’11, 2011,

9. Jaroszyński L., Akumulatory litowe w pojazdach elektrycznych, Przegląd Elektrotechniczny nr 8/2011.

10. Siedlecki M., Galant M., Fuć P., Lijewski P., Porównanie parametrów użytkowych akumulatorów w technologii litowo-jonowej stosowanych w układach napędowych pojazdów elektrycznych, Logistyka nr 3/2015.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Galeria zdjęć

Tytuł
przejdź do galerii

Powiązane

Zastosowanie algorytmów ewolucyjnych do wielokryterialnej optymalizacji rozwoju sieci dystrybucyjnej SN

Zastosowanie algorytmów ewolucyjnych do wielokryterialnej optymalizacji rozwoju sieci dystrybucyjnej SN

Część sieci dystrybucyjnych wymaga modernizacji poprzez np. zastosowywanie nowoczesnej aparatury łączeniowej, zastosowanie telemechaniki, lokalizatorów zwarć, a także przebudowę części linii napowietrznych...

Część sieci dystrybucyjnych wymaga modernizacji poprzez np. zastosowywanie nowoczesnej aparatury łączeniowej, zastosowanie telemechaniki, lokalizatorów zwarć, a także przebudowę części linii napowietrznych SN na linie kablowe. Długoterminowe prognozy energetyczne przewidują w najbliższej przyszłości znaczny wzrost zużycia energii elektrycznej, ale wskazują również na duże możliwości jej oszczędzania. Wiele dokumentów i uregulowań na poziomie światowym, unijnym i krajowym mówi o konieczności zmniejszania...

Symulacyjne metody analizy funkcjonowania układów automatyki elektroenergetycznej

Symulacyjne metody analizy funkcjonowania układów automatyki elektroenergetycznej

Warunki, w jakich współcześnie pracują sieci i systemy elektroenergetyczne, mimo dużego postępu technologicznego, jaki niewątpliwie dokonał się na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat, wcale nie uległy...

Warunki, w jakich współcześnie pracują sieci i systemy elektroenergetyczne, mimo dużego postępu technologicznego, jaki niewątpliwie dokonał się na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat, wcale nie uległy poprawie. Paradoksalnie, można zaryzykować stwierdzenie, że ów postęp technologiczny, jaki obserwujemy we wszystkich dziedzinach techniki, po części sam się przyczynił do tego stanu.

Inteligentne algorytmy służące do zdalnego testowania układów zasilania i nadzorowania ciągłej pracy urządzeń elektronicznych

Inteligentne algorytmy służące do zdalnego testowania układów zasilania i nadzorowania ciągłej pracy urządzeń elektronicznych

Do jednych z ważniejszych wyzwań, jakie stoją przed zespołami tworzącymi i wdrażającymi zaawansowane urządzenia elektroniczne, należy stworzenie takiej platformy sprzętowo-programowej, która zapewni możliwość...

Do jednych z ważniejszych wyzwań, jakie stoją przed zespołami tworzącymi i wdrażającymi zaawansowane urządzenia elektroniczne, należy stworzenie takiej platformy sprzętowo-programowej, która zapewni możliwość zdalnego testowania tych urządzeń, nie tylko na etapie produkcji, ale również w czasie ich pracy ciągłej. Duży wybór rozwiązań w zakresie transmisji danych (popularne sieci lokalne, technologie specjalizowane la przemysłu, sieci komórkowe….) oraz różnorodne aplikacje infrastrukturalne dają szerokie...

Komentarze

Copyright © 2004-2019 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
Portal Budowlany - Elektro.info.pl

Ta witryna wykorzystuje pliki cookies do przechowywania informacji na Twoim komputerze. Pliki cookies stosujemy w celu świadczenia usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. W każdym momencie możesz dokonać zmiany ustawień przeglądarki dotyczących cookies. Nim Państwo zaczną korzystać z naszego serwisu prosimy o zapoznanie się z naszą polityką prywatności oraz Informacją o Cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności oraz Informacji o Cookies.

Administratorem Państwa danych osobowych jest Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp.K., nr KRS: 0000537655, z siedzibą w 04-112 Warszawa, ul. Karczewska 18, tel. +48 22 810-21-24, właściciel strony www.elektro.info.pl. Twoje Dane Osobowe będą chronione zgodnie z wytycznymi polityki prywatności www.elektro.info.pl oraz zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016r i z Ustawą o ochronie danych osobowych Dz.U. 2018 poz. 1000 z dnia 10 maja 2018r.