Litijevi baterijski paketi so kot motorji, ki jih ni treba vzdrževati; aBMSbrez funkcije uravnoteženja je zgolj zbiralnik podatkov in ga ni mogoče šteti za sistem upravljanja. Aktivno in pasivno uravnoteženje želita odpraviti nedoslednosti v baterijskem paketu, vendar so njuna načela izvajanja bistveno drugačna.
Zaradi jasnosti ta članek opredeljuje uravnoteženje, ki ga sproži BMS prek algoritmov, kot aktivno uravnoteženje, medtem ko se uravnoteženje, ki uporablja upore za odvajanje energije, imenuje pasivno uravnoteženje. Aktivno uravnoteženje vključuje prenos energije, medtem ko pasivno uravnoteženje vključuje disipacijo energije.
Osnovna načela zasnove paketa baterij
- Polnjenje se mora ustaviti, ko je prva celica popolnoma napolnjena.
- Praznjenje se mora končati, ko se izprazni prva celica.
- Šibkejše celice se starajo hitreje kot močnejše celice.
- -celica z najšibkejšim nabojem bo na koncu omejila baterijo'uporabna zmogljivost (najšibkejši člen).
- Sistemski temperaturni gradient v paketu baterij naredi celice, ki delujejo pri višjih povprečnih temperaturah, šibkejše.
- Brez uravnoteženja se napetostna razlika med najšibkejšimi in najmočnejšimi celicami povečuje z vsakim ciklom polnjenja in praznjenja. Sčasoma se bo ena celica približala najvišji napetosti, medtem ko se bo druga približala minimalni napetosti, kar ovira zmožnosti polnjenja in praznjenja paketa.
Zaradi neusklajenosti celic v času in različnih temperaturnih pogojev od namestitve je uravnoteženje celic bistveno.
Litij-ionske baterije se soočajo predvsem z dvema vrstama neusklajenosti: neusklajenost polnjenja in neusklajenost zmogljivosti. Neusklajenost polnjenja se pojavi, ko se celice enake kapacitete postopoma razlikujejo po naboju. Neusklajenost zmogljivosti se zgodi, ko se celice z različnimi začetnimi zmogljivostmi uporabljajo skupaj. Čeprav se celice na splošno dobro ujemajo, če so proizvedene približno ob istem času s podobnimi proizvodnimi procesi, lahko neujemanja nastanejo zaradi celic z neznanimi viri ali pomembnih proizvodnih razlik.
Aktivno uravnoteženje proti pasivnemu uravnoteženju
1. Namen
Baterijski sklopi so sestavljeni iz številnih zaporedno povezanih celic, za katere je malo verjetno, da so enake. Uravnoteženje zagotavlja, da so odstopanja napetosti celic znotraj pričakovanih razponov, ohranja splošno uporabnost in možnost nadzora, s čimer preprečuje poškodbe in podaljšuje življenjsko dobo baterije.
2. Primerjava zasnove
- Pasivno uravnoteženje: običajno razelektri celice z višjo napetostjo z uporabo uporov, ki pretvarjajo odvečno energijo v toploto. Ta metoda podaljša čas polnjenja za druge celice, vendar ima manjšo učinkovitost.
- Aktivno uravnoteženje: kompleksna tehnika, ki prerazporedi naboj znotraj celic med cikli polnjenja in praznjenja, s čimer skrajša čas polnjenja in podaljša trajanje praznjenja. Na splošno uporablja spodnje strategije uravnoteženja med praznjenjem in zgornje strategije uravnoteženja med polnjenjem.
- Primerjava prednosti in slabosti: Pasivno uravnoteženje je enostavnejše in cenejše, vendar manj učinkovito, saj troši energijo kot toploto in ima počasnejše učinke uravnoteženja. Aktivno uravnoteženje je učinkovitejše, saj prenaša energijo med celicami, kar izboljša splošno učinkovitost uporabe in hitreje doseže ravnovesje. Vendar pa vključuje zapletene strukture in višje stroške, z izzivi pri integraciji teh sistemov v namenske IC-je.
Zaključek
Koncept BMS je bil sprva razvit v tujini, pri čemer so se zgodnje zasnove IC osredotočale na zaznavanje napetosti in temperature. Koncept uravnoteženja je bil uveden pozneje, sprva z uporabo metod uporovne razelektritve, integriranih v IC. Ta pristop je zdaj zelo razširjen, saj podjetja, kot so TI, MAXIM in LINEAR, proizvajajo takšne čipe, nekatera pa gonilnike stikal integrirajo v čipe.
Glede na principe pasivnega uravnoteženja in diagrame, če primerjamo baterijski paket s sodom, so celice kot drogovi. Celice z višjo energijo so dolge deske, tiste z nižjo energijo pa kratke deske. Pasivno uravnoteženje samo "skrajša" dolge deske, kar povzroči izgubljeno energijo in neučinkovitost. Ta metoda ima omejitve, vključno z znatnim odvajanjem toplote in učinki počasnega uravnoteženja v paketih z veliko zmogljivostjo.
Aktivno uravnoteženje, nasprotno, "zapolni kratke deske", prenaša energijo iz celic z višjo energijo v celice z nižjo energijo, kar ima za posledico večjo učinkovitost in hitrejše doseganje ravnovesja. Vendar uvaja težave s kompleksnostjo in stroški, z izzivi pri načrtovanju preklopnih matrik in krmiljenju pogonov.
Glede na kompromise je lahko pasivno uravnoteženje primerno za celice z dobro konsistenco, medtem ko je aktivno uravnoteženje bolje za celice z večjimi odstopanji.
Čas objave: 27. avgusta 2024
