Balansowanie ogniw w akumulatorach HV: klucz do trwałości i bezpieczeństwa
AVILOOBalansowanie w akumulatorach trakcyjnych wyrównuje poziom naładowania ogniw połączonych szeregowo, zwiększając użyteczną pojemność, spowalniając starzenie i ograniczając ryzyko poważnych defektów. Eksperci AVILOO wyjaśniają, dlaczego to proces krytyczny dla osiągów i bezpieczeństwa samochodów elektrycznych.
- Balansowanie wyrównuje SoC grup ogniw połączonych szeregowo i bezpośrednio wpływa na użyteczną pojemność pakietu
- Brak wyrównania może mieć wpływ na obniżenie zasięgu, wskazania SoC i przyspieszone starzenie akumulatora HV
- W praktyce stosuje się top balancing pod koniec procesu ładowania
- Diagnostyka (BMS + test FLASH) może wizualizować stan balansowania i SoH w postaci mapy cieplnej
Współczesne pojazdy elektryczne korzystają z wysokowydajnych akumulatorów trakcyjnych (HV) zbudowanych z setek, a często tysięcy pojedynczych ogniw. Aby uzyskać wymagane parametry napędu, ogniwa łączy się zarówno szeregowo (dla podniesienia napięcia) i równolegle (dla zwiększenia pojemności). Ponieważ pojedyncze ogniwo dostarcza zwykle ok. 3,0–4,25 V, całe systemy w autach elektrycznych pracują przy napięciach rzędu 300 V i więcej.
Przykładową konfigurację opisuje Patrick Schabus, Chief Product Officer w AVILOO:
Trzy ogniwa połączone równolegle tworzą grupę, a 108 takich grup połączonych szeregowo daje łącznie 324 ogniwa w jednej baterii trakcyjnej. W połączeniach równoległych stan naładowania (SoC) wyrównuje się naturalnie, natomiast w połączeniach szeregowych – już nie. To właśnie tu kluczową funkcję odgrywa balansowanie.
Na czym polega balansowanie ogniw w akumulatorach HV?
Balansowanie to wyrównywanie stanów naładowania poszczególnych „poziomów”/grup ogniw (cell levels) w obrębie pakietu. Bez tego procesu niewielkie różnice narastają w czasie. Mogą wynikać już z procesu montażu, tolerancji produkcyjnych, różnicy temperatur, starzenia czy nierównomiernych obciążeń. Konsekwencja jest prosta: część ogniw akumualtora osiąga pełne naładowanie lub rozładowanie wcześniej niż pozostałe, a najsłabsze ogniwo zaczyna ograniczać energię możliwą do wykorzystania przez cały pakiet.
Skutki braku wyrównania poziomów napięcia
Niezbalansowany akumulator to nie tylko spadek realnego zasięgu. To również ryzyko błędnych wskazań poziomu naładowania, a w efekcie przeszacowania dostępnego zasięgu. Istotniejsze z punktu widzenia trwałości jest jednak to, że nierównowaga przyspiesza degradację baterii HV. W skrajnych przypadkach może prowadzić do uszkodzeń wtórnych i defektów ogniw, zwiększając ryzyko zdarzeń niebezpiecznych, w tym pożaru.
Jak działa balansowanie ogniw w praktyce?
W elektromobilności standardem jest tzw. top balancing, czyli wyrównanie SoC pod koniec procesu ładowania. Ma to zapewnić możliwie dokładne obliczanie zasięgu oraz maksymalne wykorzystanie energii z pakietu. Znaczenie balansowania rośnie wraz ze złożonością systemu: w architekturach 800 V liczba ogniw połączonych szeregowo jest – w uproszczeniu – około dwukrotnie większa niż w systemach 400 V, co czyni niezawodne wyrównywanie warunkiem stabilnej pracy.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Balansowanie ogniw a diagnostyka kondycji akumulatora
Proces wyrównywania jest ściśle powiązany z oceną stanu zdrowia baterii (SoH). System zarządzania baterią (BMS) rejestruje m.in. ubytek pojemności, opór wewnętrzny i zachowanie podczas ładowania. AVILOO wskazuje, że zestawienie danych z BMS z testem FLASH pozwala określić zarówno stopień zbalansowania, jak i kondycję baterii. W praktyce odczytywane są napięcia ogniw, wyliczane stany naładowania, a wynik prezentowany w formie mapy cieplnej – od zielonego (optymalnie) do czerwonego (krytycznie).
Dla kierowców dobre balansowanie oznacza większy zasięg, dłuższą żywotność akumulatora i maksymalne bezpieczeństwo. Nasze narzędzia diagnostyczne czynią ten złożony proces przejrzystym i mierzalnym – wyjaśnia Patrick Schabus.
Na poziomie eksploatacji rekomendowane jest wykonywanie testu FLASH przy 100% SoC, aby możliwie wcześnie wykryć i ograniczyć czynniki ryzyka związane z akumualtorem trakcyjnym.
Źródło informacji: AVILOO
