Litijumske baterije su poput motora kojima nedostaje održavanje; aBMSBez funkcije balansiranja je samo sakupljač podataka i ne može se smatrati sistemom upravljanja. I aktivno i pasivno balansiranje imaju za cilj eliminisanje nedosljednosti unutar baterijskog paketa, ali njihovi principi implementacije su fundamentalno različiti.
Radi jasnoće, ovaj članak definira balansiranje koje inicira 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 se prva ćelija potpuno napuni.
- Pražnjenje mora završiti kada se prva ćelija isprazni.
- Slabije ćelije stare brže od jačih ćelija.
- -Ćelija sa najslabijim napunjenjem će u konačnici ograničiti baterijski paket'iskoristiv kapacitet (najslabija karika).
- Gradijent temperature sistema unutar baterijskog paketa slabi ćelije koje rade na višim prosječnim temperaturama.
- Bez balansiranja, razlika u naponu između najslabijih i najjačih ćelija se povećava sa svakim ciklusom punjenja i pražnjenja. Na kraju će jedna ćelija dostići maksimalni napon, dok će druga dostići minimalni napon, što će ometati mogućnosti punjenja i pražnjenja baterije.
Zbog neusklađenosti ćelija tokom vremena i različitih temperaturnih uslova od instalacije, balansiranje ćelija je neophodno.
Litijum-jonske baterije se prvenstveno suočavaju s dvije vrste neusklađenosti: neusklađenost punjenja i neusklađenost kapaciteta. Neusklađenost punjenja nastaje kada se ćelije istog kapaciteta postepeno razlikuju u napunjenosti. Neusklađenost kapaciteta nastaje kada se ćelije s različitim početnim kapacitetima koriste zajedno. Iako su ćelije uglavnom dobro usklađene ako su proizvedene približno 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 se sastoje od mnogo serijski povezanih ćelija, koje vjerovatno nisu identične. Balansiranje osigurava da se odstupanja napona ćelija održavaju unutar očekivanih raspona, održavajući ukupnu upotrebljivost i upravljivost, čime se sprječava oštećenje i produžava vijek trajanja baterije.
2. Poređenje dizajna
- Pasivno balansiranje: Obično prazni ćelije višeg napona pomoću otpornika, pretvarajući višak energije u toplotu. Ova metoda produžava vrijeme punjenja za ostale ćelije, ali ima nižu efikasnost.
- Aktivno balansiranje: Složena tehnika koja preraspodjeljuje naboj unutar ćelija tokom ciklusa punjenja i pražnjenja, smanjujući vrijeme punjenja i produžavajući trajanje pražnjenja. Općenito koristi strategije donjeg balansiranja tokom pražnjenja i strategije gornjeg balansiranja tokom punjenja.
- Poređenje prednosti i mana: Pasivno balansiranje je jednostavnije i jeftinije, ali manje efikasno, jer troši energiju kao toplotu i ima sporije efekte balansiranja. Aktivno balansiranje je efikasnije, prenoseći energiju između ćelija, što poboljšava ukupnu efikasnost korištenja i brže postiže balans. Međutim, uključuje složene strukture i veće troškove, s izazovima u integraciji ovih sistema u namjenske integrirane krugove.
Zaključak
Koncept BMS-a (sistema upravljanja objektima) prvobitno je razvijen u inostranstvu, a rani dizajni integriranih kola fokusirali 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 kompanije 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 uporedi sa bačvom, ćelije su poput dugih dasaka. Ćelije sa većom energijom su duge daske, a one sa nižom energijom su kratke daske. Pasivno balansiranje samo "skraćuje" duge daske, što rezultira gubitkom energije i neefikasnošću. Ova metoda ima ograničenja, uključujući značajno odvođenje toplote i spore efekte balansiranja kod baterijskih paketa velikog kapaciteta.
Aktivno balansiranje, nasuprot tome, "popunjava kratke daske", prenoseći energiju iz ćelija više energije u one niže energije, što rezultira većom efikasnošću i bržim postizanjem ravnoteže. Međutim, ono uvodi probleme složenosti i troškova, s izazovima u dizajniranju matrica prekidača i upravljanju pogonima.
S obzirom na kompromise, pasivno balansiranje može biti pogodno za ćelije s dobrom konzistencijom, dok je aktivno balansiranje poželjnije za ćelije s većim odstupanjima.
Vrijeme objave: 27. avg. 2024.
