Litijeve baterije so kot motorji, ki ne potrebujejo vzdrževanja;Sistem za upravljanje objektov (BMS)Brez funkcije uravnoteženja je zgolj zbiralnik podatkov in ga ni mogoče šteti za sistem upravljanja. Tako aktivno kot pasivno uravnoteženje si prizadevata odpraviti neskladnosti znotraj baterijskega sklopa, vendar se njuna načela izvedbe bistveno razlikujejo.
Zaradi jasnosti ta članek opredeljuje uravnoteženje, ki ga sproži BMS prek algoritmov, kot aktivno uravnoteženje, medtem ko se uravnoteženje, ki uporablja upornike za odvajanje energije, imenuje pasivno uravnoteženje. Aktivno uravnoteženje vključuje prenos energije, pasivno uravnoteženje pa odvajanje energije.
Osnovna načela načrtovanja baterijskih sklopov
- Polnjenje se mora ustaviti, ko je prva celica popolnoma napolnjena.
- Praznjenje se mora končati, ko je prva celica izpraznjena.
- Šibkejše celice se starajo hitreje kot močnejše celice.
- - celica z najšibkejšim nabojem bo na koncu omejila življenjsko dobo baterije'uporabna zmogljivost (najšibkejši člen).
- Zaradi temperaturnega gradienta sistema znotraj baterijskega sklopa celice delujejo pri višjih povprečnih temperaturah slabše.
- Brez uravnoteženja se napetostna razlika med najšibkejšimi in najmočnejšimi celicami povečuje z vsakim ciklom polnjenja in praznjenja. Sčasoma se bo ena celica približala največji napetosti, druga pa minimalni, kar bo oviralo zmožnosti polnjenja in praznjenja baterije.
Zaradi neusklajenosti celic skozi čas in spreminjajočih se temperaturnih pogojev od namestitve je uravnoteženje celic bistvenega pomena.
Litij-ionske baterije se soočajo predvsem z dvema vrstama neusklajenosti: neusklajenostjo pri polnjenju in neusklajenostjo pri kapaciteti. Neusklajenost pri polnjenju se pojavi, ko se celice z enako kapaciteto postopoma razlikujejo v napolnjenosti. Neusklajenost pri kapaciteti se pojavi, ko se celice z različnimi začetnimi kapacitetami uporabljajo skupaj. Čeprav se celice na splošno dobro ujemajo, če so proizvedene približno v istem času s podobnimi proizvodnimi postopki, lahko do neusklajenosti pride zaradi celic iz neznanih virov ali znatnih proizvodnih razlik.
Aktivno uravnoteženje v primerjavi s pasivnim uravnoteženjem
1. Namen
Baterijski sklopi so sestavljeni iz številnih zaporedno povezanih celic, ki verjetno niso enake. Uravnoteženje zagotavlja, da odstopanja napetosti celic ostajajo znotraj pričakovanih območij, kar ohranja splošno uporabnost in nadzor, s čimer preprečuje poškodbe in podaljšuje življenjsko dobo baterije.
2. Primerjava zasnov
- Pasivno uravnoteženje: Običajno prazni celice z višjo napetostjo z uporabo uporov, pri čemer se odvečna energija pretvori v toploto. Ta metoda podaljša čas polnjenja drugih celic, vendar ima nižjo učinkovitost.
- Aktivno uravnoteženje: Kompleksna tehnika, ki med cikli polnjenja in praznjenja prerazporedi naboj znotraj celic, s čimer skrajša čas polnjenja in podaljša trajanje praznjenja. Na splošno uporablja strategije spodnjega uravnoteženja med praznjenjem in strategije zgornjega uravnoteženja med polnjenjem.
- Primerjava prednosti in slabosti: Pasivno uravnoteženje je enostavnejše in cenejše, vendar manj učinkovito, saj energijo porablja kot toploto in ima počasnejše učinke uravnoteženja. Aktivno uravnoteženje je učinkovitejše, saj prenaša energijo med celicami, kar izboljša splošno učinkovitost porabe in hitreje doseže ravnovesje. Vendar pa vključuje kompleksne strukture in višje stroške, z izzivi pri integraciji teh sistemov v namenska integrirana vezja.
Zaključek
Koncept BMS je bil sprva razvit v tujini, pri čemer so se zgodnje zasnove integriranih vezij osredotočale na zaznavanje napetosti in temperature. Koncept uravnoteženja je bil uveden kasneje, sprva z uporabo uporovnih metod praznjenja, integriranih v integrirana vezja. Ta pristop je zdaj razširjen, saj podjetja, kot so TI, MAXIM in LINEAR, proizvajajo takšne čipe, nekatera pa vanje integrirajo gonilnike stikal.
Glede na načela in diagrame pasivnega uravnoteženja, če baterijski sklop primerjamo s sodom, so celice podobne palicam. Celice z višjo energijo so dolge deske, tiste z nižjo energijo pa kratke deske. Pasivno uravnoteženje le "skrajša" dolge deske, kar povzroči izgubo energije in neučinkovitost. Ta metoda ima omejitve, vključno z znatnim odvajanjem toplote in počasnimi učinki uravnoteženja pri baterijskih sklopih z veliko kapaciteto.
Aktivno uravnoteženje pa "zapolnjuje kratke deske" in prenaša energijo iz celic z višjo energijo v celice z nižjo energijo, kar ima za posledico večjo učinkovitost in hitrejše doseganje ravnovesja. Vendar pa prinaša kompleksnost in stroške, z izzivi pri načrtovanju matrik stikal in krmiljenju pogonov.
Glede na kompromise je pasivno uravnoteženje lahko primerno za celice z dobro konsistenco, aktivno uravnoteženje pa je boljše za celice z večjimi odstopanji.
Čas objave: 27. avg. 2024
