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 eliminaciju nedosljednosti unutar baterije, ali principi njihove 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 disipaciju energije.
Osnovni principi dizajna baterija
- Punjenje se mora zaustaviti kada se prva ćelija potpuno napuni.
- Pražnjenje se mora završiti kada se prva ćelija isprazni.
- Slabije ćelije stare brže od jačih ćelija.
- -ćelija sa najslabijem napunjenošću će na kraju ograničiti bateriju's upotrebljivim kapacitetom (najslabija karika).
- Gradijent temperature sistema unutar baterijskog paketa čini ćelije koje rade na višim prosječnim temperaturama slabijim.
- Bez balansiranja, razlika napona između najslabijih i najjačih ćelija raste sa svakim ciklusom punjenja i pražnjenja. Na kraju, jedna ćelija će se približiti maksimalnom naponu, dok se druga približi minimalnom naponu, ometajući kapacitet punjenja i pražnjenja.
Zbog neusklađenosti ćelija tokom vremena i različitih temperaturnih uslova od instalacije, balansiranje ćelija je od suštinskog značaja.
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 se dešava kada se ćelije sa različitim početnim kapacitetima koriste zajedno. Iako su ćelije općenito dobro usklađene ako su proizvedene otprilike u isto vrijeme sa sličnim proizvodnim procesima, nepodudarnosti mogu nastati iz ćelija s nepoznatim izvorima ili značajnim razlikama u proizvodnji.
Aktivno balansiranje naspram pasivnog balansiranja
1. Svrha
Baterije se sastoje od mnogo serijski povezanih ćelija, za koje je malo verovatno da će biti identične. Balansiranje osigurava da se odstupanja napona ćelije drže unutar očekivanih raspona, održavajući ukupnu upotrebljivost i kontrolu, čime se sprječavaju oštećenja i produžava vijek trajanja baterije.
2. Poređenje dizajna
- Pasivno balansiranje: Obično prazni ćelije višeg napona koristeći otpornike, pretvarajući višak energije u toplinu. Ova metoda produžava vrijeme punjenja za druge ćelije, ali ima nižu efikasnost.
- Aktivno balansiranje: Složena tehnika koja redistribuira naboj unutar ćelija tokom ciklusa punjenja i pražnjenja, smanjujući vrijeme punjenja i produžavajući trajanje pražnjenja. Generalno koristi strategije balansiranja donje strane tokom pražnjenja i strategije balansiranja na vrhu tokom punjenja.
- Poređenje za i protiv: Pasivno balansiranje je jednostavnije i jeftinije, ali manje efikasno, jer troši energiju kao toplotu i ima sporije efekte balansiranja. Aktivno balansiranje je efikasnije, prenosi energiju između ćelija, što poboljšava ukupnu efikasnost upotrebe i brže postiže ravnotežu. Međutim, to uključuje složene strukture i veće troškove, sa izazovima u integraciji ovih sistema u namenske IC-ove.
Zaključak
Koncept BMS-a je prvobitno razvijen u inostranstvu, sa ranim dizajnom IC-a koji se fokusirao na detekciju napona i temperature. Koncept balansiranja je kasnije uveden, u početku koristeći metode otpornog pražnjenja integrisane u IC. Ovaj pristup je sada široko rasprostranjen, s kompanijama kao što su TI, MAXIM i LINEAR proizvode takve čipove, a neki integrišu drajvere prekidača u čipove.
Na osnovu principa pasivnog balansiranja i dijagrama, ako se baterija uporedi sa bačvom, ćelije su poput štapova. Ćelije sa većom energijom su dugačke daske, a one sa nižom energijom su kratke daske. Pasivno balansiranje samo "skraćuje" dugačke daske, što rezultira gubitkom energije i neefikasnošću. Ova metoda ima ograničenja, uključujući značajno rasipanje topline i efekte sporog balansiranja u paketima velikog kapaciteta.
Aktivno balansiranje, nasuprot tome, "puni kratke daske", prenoseći energiju sa ćelija više energije na one sa nižom energijom, što rezultira većom efikasnošću i bržim postizanjem ravnoteže. Međutim, to uvodi složenost i probleme sa troškovima, sa izazovima u dizajniranju matrica prekidača i kontrolisanja pogona.
S obzirom na kompromise, pasivno balansiranje može biti pogodno za ćelije sa dobrom konzistencijom, dok je aktivno balansiranje poželjno za ćelije sa većim odstupanjima.
Vrijeme objave: 27.08.2024
