Ogniwa litowo-jonowe - Akumulatory i ich konstrukcje

Akumulatory na ogniwa litowo-jonowe są lekkie i mają większą gęstość energii niż inne, na przykład w porównaniu do akumulatorów kwasowo-ołowiowych aż o 50%. Dzięki temu są popularnym źródłem energii zasilania w elektronice użytkowej i autach elektrycznych. Chociaż przewiduje się, że jeszcze długo żaden inny typ akumulatorów nie będzie stanowił dla nich konkurencji, o przyszłym zapotrzebowaniu na nie zdecyduje to, czy uda się poprawić ich parametry, przede wszystkim pojemność i żywotność, oraz zapewnić bezpieczeństwo ich użytkowania.

Posłuchaj
00:00
Spis treści

Przykład BMS

Rys. 1. Przykład realizacji systemu zarządzania pracą akumulatora

Aby akumulatory litowo-jonowe mogły możliwie najdłużej pracować wydajnie i przede wszystkim bezpiecznie, wyposaża się je w układy elektroniczne, które nadzorują ich pracę i wyłączają je w razie wystąpienia niebezpiecznych warunków pracy. Na rysunku 1 został przedstawiony przykład realizacji systemu zarządzania pracą akumulatora (Battery Management System, BMS). Można w nim wyróżnić kilka podstawowych bloków funkcyjnych.

Jednym z nich jest blok zabezpieczeń podstawowych, które odłączają akumulator, przerywając jego ładowanie albo rozładowywanie w przypadku przeciążenia, przepięcia, zbyt niskiego napięcia albo przegrzania i każdej innej niebezpiecznej sytuacji. Częścią BMS jest też często blok zabezpieczeń dodatkowych.

Jest to obwód zapasowy, którego częścią jest bezpiecznik. Element ten trwale odłącza akumulator od obciążenia lub zasilania w razie wystąpienia przepięcia. Próg wyłączenia jest w przypadku bloku zabezpieczeń dodatkowych większy niż w bloku zabezpieczeń podstawowych. Aktywuje się on w związku z tym tylko w razie niezadziałania ochrony podstawowej.

Wskaźnik poziomu naładowania

Częścią BMS jest również obwód mierzący poziom naładowania akumulatora. Wielkość tę obliczyć można na kilka sposobów. Najprostszym jest powiązanie poziomu naładowania z napięciem. W związku z tym, że w tej metodzie nie jest uwzględnianych wiele czynników, które mają wpływ na pojemność ogniw (temperatura, prąd rozładowania, wiek ogniw), nie jest ona dokładna. Dlatego obecnie już rzadko się z niej korzysta.

Innym rozwiązaniem jest pomiar czasu oraz natężenia prądu przepływającego przez akumulator. W zależności od tego, czy jest on ładowany, czy rozładowywany, na podstawie wyników pomiarów jego znamionową pojemność odpowiednio zwiększa się lub zmniejsza.

Metoda ta jest dokładniejsza od tej wcześniej opisanej, jednak aby była wiarygodna, wymagane jest okresowe pełne rozładowanie akumulatora. Jeszcze kilka lat temu była stosowana powszechnie.

Balansowanie ogniw

Obecnie najczęściej wykorzystuje się technikę pomiaru i śledzenia zmian impedancji ogniw litowo-jonowych. Jest ona dokładniejsza niż pozostałe dwie. Nie dotyczą jej też ich inne ograniczenia.

Kolejnym blokiem funkcyjnym w BMS jest ten odpowiadający za równoważenie ogniw w pakiecie, czyli niedopuszczenie do nadmiernego rozładowania albo przeładowania niektórych z nich, w porównaniu do pozostałych. Jest to niepożądane, ponieważ skraca żywotność akumulatora i może mieć wpływ na bezpieczeństwo jego użytkowania.

Balansowanie ogniw można zrealizować na dwa sposoby: pasywnie albo aktywnie. W pierwszym ogniwo nadmierne naładowane jest rozładowywane do momentu, kiedy jego napięcie zrówna się z napięciem pozostałych ogniw. Wadą tej techniki jest strata nadwyżki energii. W drugiej metodzie nadmiarowy ładunek z przeładowanego ogniwa jest natomiast przenoszony do ogniwa albo kilku, które są niedoładowane.

Monika Jaworowska

Powiązane treści
Chińska grupa Envision przejmie akumulatorową jednostkę Nissana
Chiny wyrastają na największego eksportera akumulatorów do samochodów elektrycznych
Krzem może być drogą do zwiększenia potencjału akumulatorów
Varta planuje masową produkcję ogniw akumulatorów samochodów elektrycznych
Kolejne dwie inwestycje w zakresie akumulatorów do pojazdów elektrycznych
GM i Honda rozszerzają współpracę w zakresie akumulatorów do pojazdów elektrycznych
Rynek akumulatorów - wzrost zapewnią nowe aplikacje
Produkcja baterii litowo-jonowych na świecie. Czy Europa pozostaje w tyle?
Akumulatory litowe stają się popularnym wyborem dla systemów UPS w centrach danych
Baterie litowo-jonowe będą tanieć coraz wolniej
Chiński potentat z branży EV zbuduje fabrykę baterii litowo-jonowych
LG Chem będzie dostarczać ogniwa litowo-jonowe firmie BMZ
Chiński Capchem uruchomi we Wrocławiu fabrykę komponentów do baterii litowo-jonowych
Czy baterie magnezowo-jonowe będą lepsze niż litowo-jonowe?
E-mobility głównym klientem na ogniwa litowo-jonowe
Zobacz więcej w kategorii: Technika
Zasilanie
Kryteria wyboru konwertera DC-DC do aplikacji medycznych
Optoelektronika
Inteligentne wyświetlacze firmy DWIN w ofercie Unisystemu
Komunikacja
Dzięki PCIe samochód przyszłości staje się rzeczywistością
Mikrokontrolery i IoT
Ataki na układy scalone
Projektowanie i badania
Izolacja w systemie akwizycji danych - zapewnia wysoką wydajność i doskonałe parametry
Projektowanie i badania
Rozwiązania chmurowe w Altium Designer
Zobacz więcej z tagiem: Zasilanie
Technika
Kryteria wyboru konwertera DC-DC do aplikacji medycznych
Targi krajowe
Targi Energetyczne ENERGETICS
Targi krajowe
38. Międzynarodowe Energetyczne Targi Bielskie ENERGETAB 2025
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów