Калькулятор балансировки элементов батареи

Схема балансира: Пассивная Активная

Тип элементов: Li-ion (4.2 В) LiFePO₄ (3.6 В) Na-ion (4.0 В) NiMH (1.4 В) Другое

Макс. напряжение, В:

Ёмкость, А·ч:

Ток баланса, мА:

КПД, %:

Всего ячеек:

Начальный вольтаж каждой ячейки, В: 4.15,4.1,4.05,3.95,3.91,3.82

Рассчитать

Онлайн расчёт перераспределения энергии между ячейками аккумуляторной батареи при балансировке — как пассивной, так и активной. Это важно для продления срока службы батареи, повышения безопасности и обеспечения полной зарядки всех элементов в сборке. Программа учитывает начальные напряжения ячеек, их тип, ёмкость и позволяет оценить балансировочные потери и время выравнивания.

Что рассчитывает калькулятор

• Разницу напряжений между ячейками (\(\Delta U\)).
• Целевое напряжение выравнивания.
• Объём перераспределяемой энергии (в ватт-часах).
• Максимальное время балансировки (для пассивной схемы).
• Потери энергии при передаче (для активной схемы).
• График напряжений по ячейкам до балансировки и целевого уровня.
• График распределения энергии по ячейкам.

Типы балансировки

Пассивная балансировка — лишняя энергия в перезаряженных ячейках рассеивается как тепло через шунтирующие резисторы. Простая и дешёвая схема, но с потерями.

Активная балансировка — энергия переносится от более заряженных ячеек к менее заряженным с помощью DC-DC преобразователей, катушек или конденсаторов. Сложнее, но эффективнее.

Как пользоваться

1. Выберите тип балансировочной схемы: пассивную или активную.
2. Укажите тип ячеек: Li-ion, LiFePO₄, NiMH, Na-ion или другой.
3. Установите максимальное напряжение ячейки, если выбран пользовательский тип.
4. Задайте ёмкость ячеек в ампер-часах.
5. Укажите балансировочный ток (для пассивной схемы) или КПД передачи (для активной).
6. Введите начальные напряжения всех ячеек через запятую (например: 4.15,4.1,4.05,…).
7. Нажмите кнопку «Рассчитать», чтобы получить результаты и графики.

Формулы расчёта

1. Энергия перераспределения для каждой ячейки:
$$
E_i = C \cdot |U_i — U_{целевое}|
$$

2. Целевое напряжение выравнивания:
Для пассивной схемы:
$$
U_{цель} = U_{min}
$$
Для активной схемы:
$$
U_{цель} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} U_i
$$

3. Общее перераспределение энергии:
$$
E_{сумм} = \sum_{i=1}^{n} E_i
$$

4. Потери при активной балансировке:
$$
P_{потери} = E_{сумм} \cdot (1 — \eta)
$$

5. Время балансировки (для пассивной схемы):
$$
t_i = \frac{E_i}{I_{бал} \cdot U_i}
$$

Примеры расчёта с пояснениями

Пример 1: Пассивная балансировка для 4S Li-ion

• Тип ячеек: Li-ion, \(V_{max} = 4.2\text{ В}\)
• Ёмкость: 2.2 А·ч
• Начальные напряжения: 4.15, 4.12, 4.05, 3.90 В
• Схема: пассивная
• Ток балансировки: 60 мА

Ход расчёта:

1. Минимальное напряжение ячеек \(U_{\min} = 3.90\text{ В}\). Оно становится целевым уровнем выравнивания.
2. ΔU для каждой ячейки:
   • 1-я: 4.15 − 3.90 = 0.25 В
   • 2-я: 4.12 − 3.90 = 0.22 В
   • 3-я: 4.05 − 3.90 = 0.15 В
   • 4-я: 3.90 − 3.90 = 0 В (не балансируется)
3. Энергия на балансировку (в ватт-часах):
   \[
   E = 2.2 \cdot (0.25 + 0.22 + 0.15) =
   \]
   \[
   = 1.353~Вт·ч
   \]
4. Максимальное время балансировки (для 1-й ячейки):
   \[
   t = \frac{C \cdot ΔU}{I} = \frac{2.2 \cdot 0.25}{0.06} = 9.17~ч
   \]

Вывод: объём перераспределения 1.353 Вт·ч, максимальное время балансировки — 9.2 ч.

Пример 2: Активная балансировка 6S LiFePO₄

• Тип ячеек: LiFePO₄, \(V_{max} = 3.6\text{ В}\)
• Ёмкость: 10 А·ч
• Начальные напряжения: 3.60, 3.57, 3.56, 3.51, 3.45, 3.42 В
• Схема: активная
• КПД балансировки: 92%

Ход расчёта:

1. Среднее напряжение (целевое):
   \[
   U_{avg} = 3.518~В
   \]
2. ΔU для каждой ячейки (модули):
   • 1-я: 3.60 − 3.518 = 0.082
   • 2-я: 3.57 − 3.518 = 0.052
   • 3-я: 3.56 − 3.518 = 0.042
   • 4-я: 3.51 − 3.518 = −0.008
   • 5-я: 3.45 − 3.518 = −0.068
   • 6-я: 3.42 − 3.518 = −0.098
3. Суммарная энергия:
   \[
   E = 3.5~Вт·ч
   \]
4. Учитываем потери:
   \[
   \text{Потери} = 3.5 \cdot 0.08 = 0.28~Вт·ч
   \]

Вывод: перераспределение энергии — 3.5 Вт·ч, из них 0.28 Вт·ч теряются при передаче.

Справочная таблица типов ячеек

⚠ Балансировка не восстанавливает деградировавшие ячейки. Если одна или несколько ячеек стабильно отстают по напряжению — вероятно, они требуют замены. Регулярная балансировка помогает сохранять ресурс батареи, особенно в многоячейковых сборках (6S, 12S и т.п.).

Современные BMS (Battery Management System) обычно содержат встроенные схемы балансировки. Но во многих бюджетных системах используется только пассивная схема с минимальной силой тока, что требует длительного времени выравнивания. При проектировании аккумуляторных блоков рекомендуется учитывать тип балансировки, потери и режимы работы — особенно если сборка предназначена для высоких токов или частых циклов заряд/разряд. Подробнее о различии этих систем читайте в этом справочнике.