Paketi litijskih baterija su poput motora koji se ne održavaju; aBMSbez funkcije balansiranja je samo sakupljač podataka i ne može se smatrati sustavom upravljanja. I aktivno i pasivno balansiranje imaju za cilj eliminirati nedosljednosti unutar baterije, ali njihova su načela implementacije bitno različita.
Radi jasnoće, ovaj članak definira balansiranje koje pokreće BMS putem algoritama kao aktivno balansiranje, dok se balansiranje koje koristi otpornike za rasipanje energije naziva pasivnim balansiranjem. Aktivno balansiranje uključuje prijenos energije, dok pasivno balansiranje uključuje rasipanje energije.
Osnovna načela dizajna paketa baterija
- Punjenje mora prestati kada je prva ćelija potpuno napunjena.
- Pražnjenje mora završiti kada se isprazni prva ćelija.
- Slabije stanice stare brže od jačih stanica.
- -ćelija s najslabijim nabojem u konačnici će ograničiti bateriju's iskoristivi kapacitet (najslabija karika).
- Gradijent temperature sustava unutar baterije čini ćelije koje rade na višim prosječnim temperaturama slabijima.
- Bez balansiranja, razlika napona između najslabijih i najjačih ćelija povećava se sa svakim ciklusom punjenja i pražnjenja. Na kraju će se jedna ćelija približiti maksimalnom naponu dok će se druga približiti minimalnom naponu, ometajući sposobnost punjenja i pražnjenja paketa.
Zbog neusklađenosti ćelija tijekom vremena i različitih temperaturnih uvjeta od instalacije, balansiranje ćelija je bitno.
Litij-ionske baterije prvenstveno se suočavaju s dvije vrste neusklađenosti: neusklađenosti punjenja i neusklađenosti kapaciteta. Neusklađenost punjenja se događa kada se ćelije istog kapaciteta postupno razlikuju u naboju. Neusklađenost kapaciteta događa se kada se ćelije s različitim početnim kapacitetima koriste zajedno. Iako su stanice općenito dobro usklađene ako su proizvedene približno u isto vrijeme sa sličnim proizvodnim procesima, nepodudarnosti mogu nastati iz stanica s nepoznatim izvorima ili značajnih razlika u proizvodnji.
Aktivno balansiranje u odnosu na pasivno balansiranje
1. Namjena
Paketi baterija sastoje se od mnogo serijski spojenih ćelija, za koje je malo vjerojatno da su identične. Balansiranje osigurava da se odstupanja napona ćelije zadrže unutar očekivanih raspona, održavajući ukupnu upotrebljivost i mogućnost upravljanja, čime se sprječava oštećenje i produljuje vijek trajanja baterije.
2. Usporedba dizajna
- Pasivno balansiranje: Tipično prazni ćelije višeg napona pomoću otpornika, pretvarajući višak energije u toplinu. Ova metoda produljuje vrijeme punjenja za druge ćelije, ali ima manju učinkovitost.
- Aktivno balansiranje: Složena tehnika koja redistribuira naboj unutar ćelija tijekom ciklusa punjenja i pražnjenja, smanjujući vrijeme punjenja i produžujući trajanje pražnjenja. Općenito koristi strategije donjeg balansiranja tijekom pražnjenja i gornje strategije balansiranja tijekom punjenja.
- Usporedba prednosti i mana: Pasivno balansiranje je jednostavnije i jeftinije, ali manje učinkovito, jer troši energiju kao toplinu i ima sporije učinke balansiranja. Aktivno balansiranje je učinkovitije, prenosi energiju između stanica, što poboljšava ukupnu učinkovitost korištenja i brže postiže ravnotežu. Međutim, to uključuje složene strukture i veće troškove, s izazovima u integraciji ovih sustava u namjenske IC-ove.
Zaključak
Koncept BMS-a u početku je razvijen u inozemstvu, s ranim dizajnom IC-a usmjerenim na detekciju napona i temperature. Kasnije je uveden koncept balansiranja, isprva koristeći metode otpornog pražnjenja integrirane u IC. Ovaj je pristup sada široko rasprostranjen, a tvrtke poput TI, MAXIM i LINEAR proizvode takve čipove, a neke integriraju upravljačke programe prekidača u čipove.
Prema načelima pasivnog balansiranja i dijagramima, ako se baterija usporedi s bačvom, ćelije su poput poluga. Stanice s višom energijom su duge daske, a one s nižom energijom su kratke daske. Pasivno balansiranje samo "skraćuje" duge daske, što rezultira izgubljenom energijom i neučinkovitošću. Ova metoda ima ograničenja, uključujući značajnu disipaciju topline i spore učinke balansiranja u paketima velikog kapaciteta.
Aktivno balansiranje, nasuprot tome, "ispunjava kratke daske", prenoseći energiju iz ćelija s višom energijom u one s nižom energijom, što rezultira većom učinkovitošću i bržim postizanjem ravnoteže. Međutim, uvodi pitanja složenosti i troškova, s izazovima u projektiranju sklopnih matrica i upravljanju pogonima.
S obzirom na kompromise, pasivno balansiranje može biti prikladno za ćelije s dobrom konzistencijom, dok je aktivno balansiranje poželjno za ćelije s većim odstupanjima.
Vrijeme objave: 27. kolovoza 2024
