Litium-akustojen jännitteen tasauspiirit ja turvallisuuskomponentit
Saarinen, Kasper (2022)
Kandidaatintyö
2022
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022091659247
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022091659247
Tiivistelmä
Suurissa litium-akustoissa on satoja tai jopa tuhansia sarjaan ja rinnan kytkettyjä akkukennoja. Jos virta jakautuu epätasaisesti, parhaat kennot ylilatautuvat ja huonoimmat kennot tyhjenevät ennen muita. Molemmissa tapauksissa kennot voivat vaurioitua, minkä takia akustoissa käytetään joko passiivisia tai aktiivisia elektronisia komponentteja, suojaamaan kennoja epätoivotuilta olosuhteilta (passiivinen tasaus) tai siirtämään varausta hyvistä kennoista huonoihin (aktiivinen tasaus).
Akkukennon väärinkäyttö tai ikääntyminen voi aiheuttaa akun kuumenemisen, elektrolyytin kiehumisen ja jopa räjähtämisen. Akuston turvallisuuden varmistamiseksi akkukennoihin on suunniteltu turvallisuutta parantavia rakenteita, minkä lisäksi niiden jännitettä ja lämpötilaa valvotaan ulkoisesti elektroniikan avulla (BMS: battery management system). Lisäksi isoissa akustoissa pyritään estämään se, ettei yksi viallinen kenno ylikuumentuessaan aihettaisi viereisten kennojen ja koko akuston kuumenemista ketjureaktiona.
Työssä tehdään kirjallisuuskatsaus litium-akustojen tasauspiireihin ja turvallisuusratkaisuihin sekä niiden toimintaperiaatteisiin.
Large lithium batteries have hundreds or even thousands of battery cells connected in series and parallel. If the current is distributed unevenly, the best cells will overcharge and the worst cells will discharge before the others. In both cases, the cells can be damaged, which is why either passive or active electronic components are used in batteries, to protect the cells from unwanted conditions (passive balancing) or to transfer the charge from good cells to bad ones (active balancing).
Battery cell abuse or aging can cause the battery to heat up, boil the electrolyte and even explode. To ensure the safety of the battery, safety-enhancing structures have been designed into the battery cells, in addition to which their voltage and temperature are monitored externally with the help of electronics (BMS: battery management system). In addition, in large batteries, the aim is to prevent one defective cell from overheating causing adjacent cells and the entire battery to heat up as a chain reaction.
In the work, a literature review is made of lithium battery equalization circuits and safety solutions, as well as their operating principles.
Akkukennon väärinkäyttö tai ikääntyminen voi aiheuttaa akun kuumenemisen, elektrolyytin kiehumisen ja jopa räjähtämisen. Akuston turvallisuuden varmistamiseksi akkukennoihin on suunniteltu turvallisuutta parantavia rakenteita, minkä lisäksi niiden jännitettä ja lämpötilaa valvotaan ulkoisesti elektroniikan avulla (BMS: battery management system). Lisäksi isoissa akustoissa pyritään estämään se, ettei yksi viallinen kenno ylikuumentuessaan aihettaisi viereisten kennojen ja koko akuston kuumenemista ketjureaktiona.
Työssä tehdään kirjallisuuskatsaus litium-akustojen tasauspiireihin ja turvallisuusratkaisuihin sekä niiden toimintaperiaatteisiin.
Large lithium batteries have hundreds or even thousands of battery cells connected in series and parallel. If the current is distributed unevenly, the best cells will overcharge and the worst cells will discharge before the others. In both cases, the cells can be damaged, which is why either passive or active electronic components are used in batteries, to protect the cells from unwanted conditions (passive balancing) or to transfer the charge from good cells to bad ones (active balancing).
Battery cell abuse or aging can cause the battery to heat up, boil the electrolyte and even explode. To ensure the safety of the battery, safety-enhancing structures have been designed into the battery cells, in addition to which their voltage and temperature are monitored externally with the help of electronics (BMS: battery management system). In addition, in large batteries, the aim is to prevent one defective cell from overheating causing adjacent cells and the entire battery to heat up as a chain reaction.
In the work, a literature review is made of lithium battery equalization circuits and safety solutions, as well as their operating principles.