Литијумске батерије су попут мотора 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 принципи њихове примене су фундаментално различити.
Ради јасноће, овај чланак дефинише балансирање које покреће БМС путем алгоритама као активно балансирање, док се балансирање које користи отпорнике за расипање енергије назива пасивно балансирање. Активно балансирање укључује пренос енергије, док пасивно балансирање укључује дисипацију енергије.
Основни принципи дизајна батерија
- Пуњење мора престати када се прва ћелија потпуно напуни.
- Пражњење се мора завршити када се прва ћелија исцрпи.
- Слабије ћелије старе брже од јачих ћелија.
- -ћелија са најслабијим пуњењем ће на крају ограничити батерију'с употребљиви капацитет (најслабија карика).
- Градијент системске температуре унутар батерије чини ћелије које раде на вишим просечним температурама слабијим.
- 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 се друга приближи минималном напону, ометајући капацитет пуњења и пражњења.
Због неусклађености ћелија током времена и различитих температурних услова од инсталације, балансирање ћелија је од суштинског значаја.
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 напуњености. Неусклађеност капацитета се дешава када се ћелије са различитим почетним капацитетима користе заједно. Иако су ћелије генерално добро усклађене ако су произведене отприлике у исто време са сличним производним процесима, неусклађености могу настати из ћелија са непознатим изворима или значајним производним разликама.
Активно балансирање наспрам пасивног балансирања
1. Сврха
Батерија се састоји од много серијски повезаних ћелија, за које је мало вероватно да ће бити идентичне. Балансирање осигурава да се одступања напона ћелије држе унутар очекиваних опсега, одржавајући укупну употребљивост и контролу, чиме се спречавају оштећења и продужава век батерије.
2. Поређење дизајна
- Пасивно балансирање: Обично празни ћелије вишег напона користећи отпорнике, претварајући вишак енергије у топлоту. Овај метод продужава време пуњења за друге ћелије, али има нижу ефикасност.
- Активно балансирање: Комплексна техника која редистрибуира пуњење унутар ћелија током циклуса пуњења и пражњења, смањујући време пуњења и продужавајући трајање пражњења. Генерално користи стратегије доњег балансирања током пражњења и горње стратегије балансирања током пуњења.
- Поређење за и против: 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, то укључује сложене структуре и веће трошкове, са изазовима у интеграцији ових система у наменске ИЦ-ове.
Закључак
Концепт БМС-а је првобитно развијен у иностранству, са раним дизајном ИЦ-а који се фокусирао на детекцију напона и температуре. Концепт балансирања је касније уведен, у почетку користећи методе отпорног пражњења интегрисане у ИЦ. Овај приступ је сада широко распрострањен, са компанијама као што су ТИ, МАКСИМ и ЛИНЕАР производе такве чипове, а неки интегришу драјвере прекидача у чипове.
Из принципа пасивног балансирања и дијаграма, ако се батерија упореди са буретом, ћелије су као штапови. Ћелије са већом енергијом су дугачке даске, а оне са нижом енергијом су кратке даске. Пасивно балансирање само „скраћује“ дугачке даске, што доводи до расипања енергије и неефикасности. Овај метод има ограничења, укључујући значајно расипање топлоте и ефекте спорог балансирања у пакетима великог капацитета.
Активно балансирање, насупрот томе, „пуни кратке даске“, преносећи енергију са ћелија са више енергије на ћелије са нижом енергијом, што резултира већом ефикасношћу и бржим постизањем равнотеже. Међутим, то уводи сложеност и проблеме са трошковима, са изазовима у дизајнирању матрица прекидача и контролисања погона.
С обзиром на компромисе, пасивно балансирање може бити погодно за ћелије са добром конзистенцијом, док је активно балансирање пожељно за ћелије са већим одступањима.
Време поста: 27.08.2024
