Litijeve baterije su poput motora kojima nedostaje održavanja; aBMSbez funkcije balansiranja je samo prikupljač podataka i ne može se smatrati sustavom upravljanja. I aktivno i pasivno balansiranje imaju za cilj uklanjanje nedosljednosti unutar baterijskog sklopa, ali njihovi principi implementacije su fundamentalno različiti.
Radi jasnoće, ovaj članak definira balansiranje koje pokreće BMS putem algoritama kao aktivno balansiranje, dok se balansiranje koje koristi otpornike za rasipanje energije naziva pasivno balansiranje. Aktivno balansiranje uključuje prijenos energije, dok pasivno balansiranje uključuje rasipanje energije.
Osnovni principi dizajna baterijskog paketa
- Punjenje se mora zaustaviti kada je prva ćelija potpuno napunjena.
- Pražnjenje mora završiti kada se prva ćelija isprazni.
- Slabije stanice stare brže od jačih stanica.
- -ćelija s najslabijim nabojem u konačnici će ograničiti trajanje baterije'iskoristiv kapacitet (najslabija karika).
- Gradijent temperature sustava unutar baterijskog sklopa slabi ćelije koje rade na višim prosječnim temperaturama.
- Bez balansiranja, razlika napona između najslabijih i najjačih ćelija povećava se sa svakim ciklusom punjenja i pražnjenja. Na kraju će jedna ćelija dosegnuti maksimalan napon, dok će druga dosegnuti minimalni, što će ometati mogućnosti punjenja i pražnjenja baterije.
Zbog neusklađenosti ćelija tijekom vremena i različitih temperaturnih uvjeta od instalacije, balansiranje ćelija je ključno.
Litij-ionske baterije se prvenstveno suočavaju s dvije vrste neusklađenosti: neusklađenošću punjenja i neusklađenošću kapaciteta. Neusklađenost punjenja nastaje kada se ćelije istog kapaciteta postupno razlikuju u napunjenosti. Neusklađenost kapaciteta nastaje kada se ćelije s različitim početnim kapacitetima koriste zajedno. Iako su ćelije općenito dobro usklađene ako su proizvedene otprilike u isto vrijeme sličnim proizvodnim procesima, neusklađenosti mogu nastati zbog ćelija s nepoznatim izvorima ili značajnim razlikama u proizvodnji.
Aktivno balansiranje u odnosu na pasivno balansiranje
1. Svrha
Baterijski paketi sastoje se od mnogo serijski spojenih ćelija, koje vjerojatno nisu identične. Balansiranje osigurava da se odstupanja napona ćelija održavaju unutar očekivanih raspona, održavajući ukupnu upotrebljivost i upravljivost, čime se sprječava oštećenje i produžuje vijek trajanja baterije.
2. Usporedba dizajna
- Pasivno balansiranje: Obično prazni ćelije višeg napona pomoću otpornika, pretvarajući višak energije u toplinu. Ova metoda produžuje vrijeme punjenja za ostale ćelije, ali ima nižu učinkovitost.
- Aktivno balansiranje: Složena tehnika koja preraspodjeljuje naboj unutar ćelija tijekom ciklusa punjenja i pražnjenja, smanjujući vrijeme punjenja i produžujući trajanje pražnjenja. Općenito koristi strategije donjeg balansiranja tijekom pražnjenja i strategije gornjeg balansiranja tijekom punjenja.
- Usporedba prednosti i nedostataka: 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 ćelija, što poboljšava ukupnu učinkovitost korištenja i brže postiže ravnotežu. Međutim, uključuje složene strukture i veće troškove, s izazovima u integraciji tih sustava u namjenske integrirane krugove.
Zaključak
Koncept BMS-a (sustava upravljanja zgradama) izvorno je razvijen u inozemstvu, a rani dizajni integriranih kola usredotočili su se na detekciju napona i temperature. Koncept balansiranja uveden je kasnije, u početku korištenjem metoda otpornog pražnjenja integriranih u integrirana kola. Ovaj pristup je sada široko rasprostranjen, a tvrtke poput TI, MAXIM i LINEAR proizvode takve čipove, a neke integriraju i upravljačke programe prekidača u čipove.
Prema principima i dijagramima pasivnog balansiranja, ako se baterijski paket usporedi s bačvom, ćelije su poput dugih dasaka. Ćelije s većom energijom su duge daske, a one s nižom energijom su kratke daske. Pasivno balansiranje samo "skraćuje" duge daske, što rezultira gubitkom energije i neučinkovitošću. Ova metoda ima ograničenja, uključujući značajno odvođenje topline i spore učinke balansiranja u baterijskim paketima velikog kapaciteta.
Aktivno balansiranje, nasuprot tome, "popunjava kratke daske", prenoseći energiju iz ćelija s višom energijom u one s nižom energijom, što rezultira većom učinkovitošću i bržim postizanjem ravnoteže. Međutim, uvodi probleme složenosti i troškova, s izazovima u projektiranju matrica prekidača i upravljanju pogonima.
S obzirom na kompromise, pasivno balansiranje može biti prikladno za ćelije s dobrom konzistencijom, dok je aktivno balansiranje poželjnije za ćelije s većim odstupanjima.
Vrijeme objave: 27. kolovoza 2024.
