Litiumbatteripakker er som motorer som mangler vedlikehold; enBMSuten en balansefunksjon er kun en datainnsamler og kan ikke betraktes som et styringssystem. Både aktiv og passiv balansering tar sikte på å eliminere inkonsekvenser i en batteripakke, men implementeringsprinsippene deres er fundamentalt forskjellige.
For klarhetens skyld definerer denne artikkelen balansering initiert av BMS gjennom algoritmer som aktiv balansering, mens balansering som bruker motstander for å spre energi kalles passiv balansering. Aktiv balansering innebærer energioverføring, mens passiv balansering innebærer energispredning.
Grunnleggende batteripakkedesignprinsipper
- Ladingen må stoppe når den første cellen er fulladet.
- Utladingen må avsluttes når den første cellen er tom.
- Svakere celler eldes raskere enn sterkere celler.
- -cellen med den svakeste ladningen vil til slutt begrense batteripakken's brukbar kapasitet (det svakeste leddet).
- Systemtemperaturgradienten i batteripakken gjør cellene som opererer ved høyere gjennomsnittstemperaturer svakere.
- Uten balansering øker spenningsforskjellen mellom de svakeste og sterkeste cellene med hver lade- og utladningssyklus. Til slutt vil en celle nærme seg maksimal spenning mens en annen nærmer seg minimumsspenning, noe som hindrer pakkens lade- og utladningsevne.
På grunn av uoverensstemmelse mellom celler over tid og varierende temperaturforhold fra installasjonen, er cellebalansering avgjørende.
Litium-ion-batterier møter først og fremst to typer uoverensstemmelse: ladefeil og kapasitetsfeil. Lademismatch oppstår når celler med samme kapasitet gradvis varierer i ladning. Kapasitetsmismatch skjer når celler med forskjellig innledende kapasitet brukes sammen. Selv om celler generelt er godt matchet hvis de produseres omtrent samtidig med lignende produksjonsprosesser, kan feiltilpasninger oppstå fra celler med ukjente kilder eller betydelige produksjonsforskjeller.
Aktiv balansering vs passiv balansering
1. Formål
Batteripakker består av mange seriekoblede celler, som neppe er identiske. Balansering sikrer at cellespenningsavvik holdes innenfor forventede områder, og opprettholder generell brukervennlighet og kontrollerbarhet, og forhindrer dermed skade og forlenger batterilevetiden.
2. Design sammenligning
- Passiv balansering: Utlader vanligvis celler med høyere spenning ved hjelp av motstander, og konverterer overflødig energi til varme. Denne metoden forlenger ladetiden for andre celler, men har lavere effektivitet.
- Aktiv balansering: En kompleks teknikk som omfordeler ladning i cellene under lade- og utladingssykluser, reduserer ladetiden og forlenger utladingsvarigheten. Den bruker vanligvis bunnbalanseringsstrategier under utladning og toppbalanseringsstrategier under lading.
- Fordeler og ulemper sammenligning: Passiv balansering er enklere og billigere, men mindre effektivt, siden det sløser med energi som varme og har langsommere balanseringseffekter. Aktiv balansering er mer effektiv, og overfører energi mellom cellene, noe som forbedrer den generelle brukseffektiviteten og oppnår balanse raskere. Det innebærer imidlertid komplekse strukturer og høyere kostnader, med utfordringer med å integrere disse systemene i dedikerte IC-er.
Konklusjon
Konseptet med BMS ble opprinnelig utviklet i utlandet, med tidlige IC-design med fokus på spennings- og temperaturdeteksjon. Konseptet med balansering ble senere introdusert, opprinnelig ved bruk av resistive utladningsmetoder integrert i IC-er. Denne tilnærmingen er nå utbredt, med selskaper som TI, MAXIM og LINEAR som produserer slike brikker, noen integrerer bryterdrivere i brikkene.
Fra de passive balanseringsprinsippene og diagrammene, hvis en batteripakke sammenlignes med en tønne, er cellene som stavene. Celler med høyere energi er lange planker, og de med lavere energi er korte planker. Passiv balansering "forkorter" bare de lange plankene, noe som resulterer i bortkastet energi og ineffektivitet. Denne metoden har begrensninger, inkludert betydelig varmespredning og langsomme balanseringseffekter i pakker med stor kapasitet.
Aktiv balansering derimot "fyller ut de korte plankene", og overfører energi fra celler med høyere energi til celler med lavere energi, noe som resulterer i høyere effektivitet og raskere balanseoppnåelse. Imidlertid introduserer den kompleksitet og kostnadsproblemer, med utfordringer med å designe brytermatriser og kontrollere stasjoner.
Gitt avveiningene kan passiv balansering være egnet for celler med god konsistens, mens aktiv balansering er å foretrekke for celler med større avvik.
Innleggstid: 27. august 2024
