Τα πακέτα μπαταριών λιθίου είναι σαν κινητήρες που δεν διαθέτουν συντήρηση. έναBMSΧωρίς λειτουργία εξισορρόπησης είναι απλώς ένας συλλέκτης δεδομένων και δεν μπορεί να θεωρηθεί ως σύστημα διαχείρισης. Τόσο η ενεργή όσο και η παθητική εξισορρόπηση στοχεύουν στην εξάλειψη των ασυνέπειων μέσα σε μια μπαταρία, αλλά οι αρχές εφαρμογής τους είναι θεμελιωδώς διαφορετικές.
Για λόγους σαφήνειας, αυτό το άρθρο ορίζει την εξισορρόπηση που ξεκίνησε από το BMS μέσω αλγορίθμων ως ενεργή εξισορρόπηση, ενώ εξισορροπώντας που χρησιμοποιεί αντιστάσεις για να διαλυθεί η ενέργεια ονομάζεται παθητική εξισορρόπηση. Η ενεργή εξισορρόπηση περιλαμβάνει τη μεταφορά ενέργειας, ενώ η παθητική εξισορρόπηση περιλαμβάνει τη διάχυση της ενέργειας.
Βασικές αρχές σχεδιασμού μπαταριών
- Η φόρτιση πρέπει να σταματήσει όταν το πρώτο κελί είναι πλήρως φορτισμένο.
- Η εκφόρτιση πρέπει να τερματιστεί όταν εξαντληθεί το πρώτο κελί.
- Τα ασθενέστερα κύτταρα γερνούν ταχύτερα από τα ισχυρότερα κύτταρα.
- -Το κύτταρο με το πιο αδύναμο φορτίο θα περιορίσει τελικά τη μπαταρία"η χρήσιμη χωρητικότητα (ο ασθενέστερος σύνδεσμος).
- Η κλίση της θερμοκρασίας του συστήματος εντός της μπαταρίας καθιστά τα κύτταρα να λειτουργούν σε υψηλότερες μέσες θερμοκρασίες ασθενέστερες.
- Χωρίς εξισορρόπηση, η διαφορά τάσης μεταξύ των ασθενέστερων και των ισχυρότερων κυττάρων αυξάνεται με κάθε κύκλο φορτίου και εκκένωσης. Τελικά, ένα κύτταρο θα προσεγγίσει τη μέγιστη τάση ενώ ένα άλλο πλησιάζει την ελάχιστη τάση, παρεμποδίζοντας τις δυνατότητες φόρτισης και εκφόρτισης του πακέτου.
Λόγω της αναντιστοιχίας των κυττάρων με την πάροδο του χρόνου και των μεταβαλλόμενων συνθηκών θερμοκρασίας από την εγκατάσταση, η εξισορρόπηση των κυττάρων είναι απαραίτητη.
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αντιμετωπίζουν κυρίως δύο τύπους αναντιστοιχίας: αναντιστοιχία φόρτισης και αναντιστοιχία ικανότητας. Η αναντιστοιχία φόρτισης εμφανίζεται όταν τα κύτταρα της ίδιας χωρητικότητας διαφέρουν σταδιακά. Η αναντιστοιχία ικανότητας συμβαίνει όταν τα κύτταρα με διαφορετικές αρχικές ικανότητες χρησιμοποιούνται μαζί. Αν και τα κύτταρα είναι γενικά καλά αντιστοιχισμένα εάν παράγονται γύρω από την ίδια στιγμή με παρόμοιες διαδικασίες παραγωγής, οι αναντιστοιχίες μπορούν να προκύψουν από κύτταρα με άγνωστες πηγές ή σημαντικές διαφορές παραγωγής.
Ενεργό εξισορρόπηση έναντι παθητικής εξισορρόπησης
1 Σκοπός
Τα πακέτα μπαταριών αποτελούνται από πολλά κύτταρα που συνδέονται με τη σειρά, τα οποία είναι απίθανο να είναι πανομοιότυπα. Η εξισορρόπηση εξασφαλίζει ότι οι αποκλίσεις της τάσης των κυττάρων διατηρούνται εντός των αναμενόμενων περιοχών, διατηρώντας τη συνολική χρηστικότητα και τον έλεγχο, αποτρέποντας έτσι τις ζημιές και επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
2. Σύγκριση σχεδιασμού
- Παθητική εξισορρόπηση: Συνήθως απορρίπτει κύτταρα υψηλότερης τάσης χρησιμοποιώντας αντιστάσεις, μετατρέποντας την περίσσεια ενέργειας σε θερμότητα. Αυτή η μέθοδος επεκτείνει το χρόνο φόρτισης για άλλα κύτταρα αλλά έχει χαμηλότερη απόδοση.
- Ενεργός εξισορρόπησης: Μια πολύπλοκη τεχνική που αναδιαμορφώνει τη φορτίο εντός των κυττάρων κατά τη διάρκεια των κύκλων φορτίου και της εκκένωσης, μειώνοντας το χρόνο φόρτισης και επέκταση της διάρκειας εκφόρτισης. Χρησιμοποιεί γενικά στρατηγικές εξισορρόπησης κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης και των κορυφαίων στρατηγικών εξισορρόπησης κατά τη διάρκεια της χρέωσης.
- Πλεονεκτήματα και σύγκριση συντάξεων: Η παθητική εξισορρόπηση είναι απλούστερη και φθηνότερη αλλά λιγότερο αποτελεσματική, καθώς σπαταλά την ενέργεια ως θερμότητα και έχει βραδύτερα αποτελέσματα εξισορρόπησης. Η ενεργή εξισορρόπηση είναι πιο αποτελεσματική, μεταφέροντας την ενέργεια μεταξύ των κυττάρων, η οποία βελτιώνει τη συνολική αποτελεσματικότητα χρήσης και επιτυγχάνει την ισορροπία ταχύτερα. Ωστόσο, περιλαμβάνει σύνθετες δομές και υψηλότερο κόστος, με προκλήσεις στην ενσωμάτωση αυτών των συστημάτων σε ειδικά IC.
Σύναψη
Η έννοια του BMS αναπτύχθηκε αρχικά στο εξωτερικό, με πρώιμα σχέδια IC να επικεντρώνονται στην ανίχνευση τάσης και θερμοκρασίας. Η έννοια της εξισορρόπησης εισήχθη αργότερα, αρχικά χρησιμοποιώντας μεθόδους εκκένωσης αντιστάσεων ενσωματωμένες σε ICS. Αυτή η προσέγγιση είναι πλέον ευρέως διαδεδομένη, με εταιρείες όπως το TI, το Maxim και το γραμμικό που παράγουν τέτοιες μάρκες, μερικούς οδηγούς διακόπτη ενσωμάτωσης στις μάρκες.
Από τις παθητικές αρχές εξισορρόπησης και τα διαγράμματα, εάν ένα πακέτο μπαταρίας συγκρίνεται με ένα βαρέλι, τα κύτταρα είναι σαν τα δοχεία. Τα κύτταρα με υψηλότερη ενέργεια είναι μακρές σανίδες και εκείνα με χαμηλότερη ενέργεια είναι μικρά σανίδες. Η παθητική εξισορρόπηση μόνο "μειώνει" τις μακριές σανίδες, με αποτέλεσμα τη σπατάλη ενέργειας και αναποτελεσματικότητας. Αυτή η μέθοδος έχει περιορισμούς, συμπεριλαμβανομένης της σημαντικής διαρροής θερμότητας και των επιδράσεων αργής εξισορρόπησης σε πακέτα μεγάλης χωρητικότητας.
Η ενεργός εξισορρόπηση, αντίθετα, "γεμίζει τις σύντομες σανίδες", μεταφέροντας ενέργεια από κύτταρα υψηλότερης ενέργειας σε χαμηλότερη ενέργεια, με αποτέλεσμα την υψηλότερη απόδοση και την ταχύτερη επίτευξη ισορροπίας. Ωστόσο, εισάγει ζητήματα πολυπλοκότητας και κόστους, με προκλήσεις στο σχεδιασμό των πινάκων διακόπτη και τον έλεγχο των μονάδων ελέγχου.
Δεδομένων των συμβιβασμών, η παθητική εξισορρόπηση μπορεί να είναι κατάλληλη για κύτταρα με καλή συνέπεια, ενώ η ενεργή εξισορρόπηση είναι προτιμότερη για κύτταρα με μεγαλύτερες αποκλίσεις.
Χρόνος δημοσίευσης: Αυγ. 27-2024
