Литијумске батерије су као мотори којима недостаје одржавање; аБМСбез функције балансирања је само сакупљач података и не може се сматрати системом управљања. И активно и пасивно балансирање имају за циљ да елиминишу недоследности унутар батеријског пакета, али њихови принципи имплементације су фундаментално различити.
Ради јасноће, овај чланак дефинише балансирање које покреће BMS путем алгоритама као активно балансирање, док се балансирање које користи отпорнике за расипање енергије назива пасивно балансирање. Активно балансирање подразумева пренос енергије, док пасивно балансирање подразумева расипање енергије.
Основни принципи дизајна батеријских пакета
- Пуњење мора да се заустави када је прва ћелија потпуно напуњена.
- Пражњење мора да се заврши када се прва ћелија испразни.
- Слабије ћелије старе брже од јачих ћелија.
- -Ћелија са најслабијим напуњеношћу ће на крају ограничити батерију'употребљиви капацитет (најслабија карика).
- Градијент температуре система унутар батеријског пакета ослабљује ћелије које раде на вишим просечним температурама.
- Без балансирања, разлика напона између најслабијих и најјачих ћелија се повећава са сваким циклусом пуњења и пражњења. На крају, једна ћелија ће се приближити максималном напону, док ће се друга приближити минималном напону, што омета могућности пуњења и пражњења батерије.
Због неусклађености ћелија током времена и различитих температурних услова од инсталације, балансирање ћелија је неопходно.
Литијум-јонске батерије се првенствено суочавају са две врсте неусклађености: неусклађеност пуњења и неусклађеност капацитета. Неусклађеност пуњења настаје када се ћелије истог капацитета постепено разликују у пуњењу. Неусклађеност капацитета настаје када се ћелије са различитим почетним капацитетима користе заједно. Иако су ћелије генерално добро усклађене ако су произведене отприлике у исто време сличним производним процесима, неусклађености могу настати из ћелија са непознатим изворима или значајним разликама у производњи.
Активно балансирање у односу на пасивно балансирање
1. Сврха
Батеријски пакети се састоје од многих серијски повезаних ћелија, које вероватно нису идентичне. Балансирање осигурава да одступања напона ћелија буду у очекиваним опсезима, одржавајући укупну употребљивост и управљивост, чиме се спречава оштећење и продужава век трајања батерије.
2. Поређење дизајна
- Пасивно балансирање: Обично празни ћелије вишег напона помоћу отпорника, претварајући вишак енергије у топлоту. Ова метода продужава време пуњења за остале ћелије, али има мању ефикасност.
- Активно балансирање: Сложена техника која прерасподељује наелектрисање унутар ћелија током циклуса пуњења и пражњења, смањујући време пуњења и продужавајући трајање пражњења. Генерално користи стратегије доњег балансирања током пражњења и стратегије горњег балансирања током пуњења.
- Поређење предности и мана: Пасивно балансирање је једноставније и јефтиније, али мање ефикасно, јер троши енергију као топлоту и има спорије ефекте балансирања. Активно балансирање је ефикасније, преноси енергију између ћелија, што побољшава укупну ефикасност коришћења и брже постиже равнотежу. Међутим, подразумева сложене структуре и веће трошкове, са изазовима у интеграцији ових система у наменска интегрисана кола.
Закључак
Концепт BMS-а је првобитно развијен у иностранству, при чему су се рани дизајни интегрисаних кола фокусирали на детекцију напона и температуре. Концепт балансирања је касније уведен, у почетку користећи методе отпорног пражњења интегрисане у интегрисана кола. Овај приступ је сада широко распрострањен, а компаније попут TI, MAXIM и LINEAR производе такве чипове, а неке интегришу и драјвере прекидача у чипове.
Према принципима и дијаграмима пасивног балансирања, ако се батеријски пакет упореди са буретом, ћелије су попут дугачких дасака. Ћелије са већом енергијом су дугачке даске, а оне са мањом енергијом су кратке даске. Пасивно балансирање само „скраћује“ дугачке даске, што резултира губљењем енергије и неефикасношћу. Ова метода има ограничења, укључујући значајно расипање топлоте и споре ефекте балансирања код батерија великог капацитета.
Активно балансирање, насупрот томе, „попуњава кратке даске“, преносећи енергију из ћелија са већом енергијом у оне са нижом енергијом, што резултира већом ефикасношћу и бржим постизањем равнотеже. Међутим, оно уводи проблеме сложености и трошкова, са изазовима у пројектовању матрица прекидача и управљању погонима.
С обзиром на компромисе, пасивно балансирање може бити погодно за ћелије са добром конзистентношћу, док је активно балансирање пожељније за ћелије са већим разликама.
Време објаве: 27. август 2024.
