Litiumbatteripakker er som motorer som mangler vedlikehold;BMSuten en balanseringsfunksjon er bare en datainnsamler og kan ikke betraktes som et styringssystem. Både aktiv og passiv balansering har som mål å eliminere uoverensstemmelser 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 involverer energioverføring, mens passiv balansering involverer energispredning.
Grunnleggende prinsipper for batteripakkedesign
- 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 batteripakkens levetid's utnyttbare kapasitet (det svakeste leddet).
- Systemtemperaturgradienten i batteripakken gjør at cellene opererer svakere ved høyere gjennomsnittstemperaturer.
- Uten balansering øker spenningsforskjellen mellom de svakeste og sterkeste cellene med hver lade- og utladingssyklus. Etter hvert vil én celle nærme seg maksimal spenning, mens en annen nærmer seg minimumsspenning, noe som hindrer pakkens lade- og utladingskapasitet.
På grunn av cellenes uoverensstemmelse over tid og varierende temperaturforhold fra installasjonen, er cellebalansering viktig.
Litiumionbatterier opplever hovedsakelig to typer feilmatch: ladefeilmatch og kapasitetsfeilmatch. Ladefeilmatch oppstår når celler med samme kapasitet gradvis varierer i ladning. Kapasitetsfeilmatch skjer når celler med ulik startkapasitet brukes sammen. Selv om celler generelt er godt tilpasset hvis de produseres omtrent samtidig med lignende produksjonsprosesser, kan feilmatch oppstå fra celler med ukjente kilder eller betydelige produksjonsforskjeller.
Aktiv balansering vs. passiv balansering
1. Formål
Batteripakker består av mange seriekoblede celler, som sannsynligvis ikke er identiske. Balansering sikrer at cellespenningsavvikene holdes innenfor forventede områder, noe som opprettholder den generelle brukervennligheten og kontrollerbarheten, og dermed forhindrer skade og forlenger batteriets levetid.
2. Designsammenligning
- Passiv balansering: Utleder vanligvis celler med høyere spenning ved hjelp av motstander, og omdanner overflødig energi til varme. Denne metoden forlenger ladetiden for andre celler, men har lavere effektivitet.
- Aktiv balansering: En kompleks teknikk som omfordeler ladning i celler under lade- og utladingssykluser, noe som reduserer ladetiden og forlenger utladingsvarigheten. Den bruker vanligvis bunnbalanseringsstrategier under utlading og toppbalanseringsstrategier under lading.
- Fordeler og ulemper sammenligning: Passiv balansering er enklere og billigere, men mindre effektiv, ettersom den sløser med energi som varme og har langsommere balanseringseffekter. Aktiv balansering er mer effektiv, og overfører energi mellom celler, noe som forbedrer den generelle brukseffektiviteten og oppnår balanse raskere. Det innebærer imidlertid komplekse strukturer og høyere kostnader, med utfordringer i å integrere disse systemene i dedikerte IC-er.
Konklusjon
Konseptet med BMS ble opprinnelig utviklet i utlandet, med tidlige IC-design som fokuserte på spennings- og temperaturdeteksjon. Balanseringskonseptet ble senere introdusert, i utgangspunktet 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 som integrerer bryterdrivere i brikkene.
Ut fra prinsippene og diagrammene for passiv balansering, hvis en batteripakke sammenlignes med en tønne, er cellene som staver. 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. Det introduserer imidlertid kompleksitet og kostnadsproblemer, med utfordringer i design av brytermatriser og styring av frekvensomformere.
Gitt avveiningene kan passiv balansering være egnet for celler med god konsistens, mens aktiv balansering er å foretrekke for celler med større avvik.
Publisert: 27. august 2024
