Οι μπαταρίες λιθίου είναι σαν κινητήρες που δεν έχουν συντήρηση. έναBMSχωρίς συνάρτηση εξισορρόπησης είναι απλώς ένας συλλέκτης δεδομένων και δεν μπορεί να θεωρηθεί σύστημα διαχείρισης. Τόσο η ενεργητική όσο και η παθητική εξισορρόπηση στοχεύουν στην εξάλειψη των ασυνεπειών μέσα σε ένα πακέτο μπαταριών, αλλά οι αρχές εφαρμογής τους είναι θεμελιωδώς διαφορετικές.
Για λόγους σαφήνειας, αυτό το άρθρο ορίζει την εξισορρόπηση που ξεκινά από το BMS μέσω αλγορίθμων ως ενεργή εξισορρόπηση, ενώ η εξισορρόπηση που χρησιμοποιεί αντιστάσεις για τη διάχυση ενέργειας ονομάζεται παθητική εξισορρόπηση. Η ενεργητική εξισορρόπηση περιλαμβάνει μεταφορά ενέργειας, ενώ η παθητική εξισορρόπηση περιλαμβάνει τη διασπορά ενέργειας.
Βασικές αρχές σχεδιασμού πακέτου μπαταριών
- Η φόρτιση πρέπει να σταματήσει όταν το πρώτο κελί φορτιστεί πλήρως.
- Η εκφόρτιση πρέπει να τελειώσει όταν εξαντληθεί το πρώτο κελί.
- Τα αδύναμα κύτταρα γερνούν πιο γρήγορα από τα ισχυρότερα κύτταρα.
- -το στοιχείο με την πιο αδύναμη φόρτιση θα περιορίσει τελικά τη μπαταρία'χρησιμοποιήσιμη χωρητικότητα (ο πιο αδύναμος κρίκος).
- Η διαβάθμιση θερμοκρασίας του συστήματος εντός της μπαταρίας καθιστά πιο αδύναμα τα κύτταρα που λειτουργούν σε υψηλότερες μέσες θερμοκρασίες.
- Χωρίς εξισορρόπηση, η διαφορά τάσης μεταξύ των πιο αδύναμων και ισχυρότερων στοιχείων αυξάνεται με κάθε κύκλο φόρτισης και εκφόρτισης. Τελικά, ένα στοιχείο θα προσεγγίσει τη μέγιστη τάση ενώ ένα άλλο πλησιάζει την ελάχιστη τάση, εμποδίζοντας τις δυνατότητες φόρτισης και εκφόρτισης του πακέτου.
Λόγω της αναντιστοιχίας των κυψελών με την πάροδο του χρόνου και των μεταβαλλόμενων συνθηκών θερμοκρασίας από την εγκατάσταση, η εξισορρόπηση των κυψελών είναι απαραίτητη.
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αντιμετωπίζουν κυρίως δύο τύπους αναντιστοιχίας: αναντιστοιχία φόρτισης και αναντιστοιχία χωρητικότητας. Η αναντιστοιχία φόρτισης εμφανίζεται όταν οι κυψέλες ίδιας χωρητικότητας διαφέρουν σταδιακά ως προς τη φόρτιση. Η αναντιστοιχία χωρητικότητας συμβαίνει όταν χρησιμοποιούνται μαζί κελιά με διαφορετικές αρχικές χωρητικότητες. Αν και τα κύτταρα είναι γενικά καλά ταιριασμένα εάν παράγονται περίπου την ίδια στιγμή με παρόμοιες διαδικασίες παραγωγής, αναντιστοιχίες μπορεί να προκύψουν από κύτταρα με άγνωστες πηγές ή σημαντικές κατασκευαστικές διαφορές.
Ενεργητική Εξισορρόπηση εναντίον Παθητικής Εξισορρόπησης
1. Σκοπός
Τα πακέτα μπαταριών αποτελούνται από πολλά κελιά συνδεδεμένα σε σειρά, τα οποία είναι απίθανο να είναι πανομοιότυπα. Η εξισορρόπηση διασφαλίζει ότι οι αποκλίσεις της τάσης της κυψέλης διατηρούνται εντός των αναμενόμενων ορίων, διατηρώντας τη συνολική χρηστικότητα και δυνατότητα ελέγχου, αποτρέποντας έτσι τη ζημιά και παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
2. Σύγκριση σχεδίου
- Παθητική εξισορρόπηση: Τυπικά εκφορτώνει κυψέλες υψηλότερης τάσης χρησιμοποιώντας αντιστάσεις, μετατρέποντας την περίσσεια ενέργειας σε θερμότητα. Αυτή η μέθοδος επεκτείνει το χρόνο φόρτισης για άλλες κυψέλες, αλλά έχει χαμηλότερη απόδοση.
- Ενεργή εξισορρόπηση: Μια πολύπλοκη τεχνική που ανακατανέμει το φορτίο εντός των κυψελών κατά τη διάρκεια των κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης, μειώνοντας τον χρόνο φόρτισης και παρατείνοντας τη διάρκεια εκφόρτισης. Χρησιμοποιεί γενικά στρατηγικές εξισορρόπησης κάτω κατά την εκφόρτιση και στρατηγικές εξισορρόπησης κορυφής κατά τη φόρτιση.
- Σύγκριση πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων: Η παθητική εξισορρόπηση είναι απλούστερη και φθηνότερη αλλά λιγότερο αποτελεσματική, καθώς σπαταλά ενέργεια ως θερμότητα και έχει πιο αργά αποτελέσματα εξισορρόπησης. Η ενεργή εξισορρόπηση είναι πιο αποτελεσματική, μεταφέροντας ενέργεια μεταξύ των κυττάρων, γεγονός που βελτιώνει τη συνολική απόδοση χρήσης και επιτυγχάνει την ισορροπία πιο γρήγορα. Ωστόσο, περιλαμβάνει πολύπλοκες δομές και υψηλότερο κόστος, με προκλήσεις για την ενσωμάτωση αυτών των συστημάτων σε αποκλειστικά IC.
Σύναψη
Η ιδέα του BMS αναπτύχθηκε αρχικά στο εξωτερικό, με τα πρώτα σχέδια IC να επικεντρώνονται στην ανίχνευση τάσης και θερμοκρασίας. Η έννοια της εξισορρόπησης εισήχθη αργότερα, χρησιμοποιώντας αρχικά μεθόδους ωμικής εκφόρτισης ενσωματωμένες σε IC. Αυτή η προσέγγιση είναι πλέον ευρέως διαδεδομένη, με εταιρείες όπως η TI, η MAXIM και η LINEAR να παράγουν τέτοια τσιπ, ενώ ορισμένες ενσωματώνουν προγράμματα οδήγησης διακόπτη στα τσιπ.
Από τις αρχές και τα διαγράμματα παθητικής εξισορρόπησης, εάν μια μπαταρία συγκρίνεται με ένα βαρέλι, οι κυψέλες είναι σαν τις ράβδους. Τα κύτταρα με υψηλότερη ενέργεια είναι μακριές σανίδες και εκείνα με χαμηλότερη ενέργεια είναι κοντές σανίδες. Η παθητική εξισορρόπηση «κοντύνει» μόνο τις μακριές σανίδες, με αποτέλεσμα τη σπατάλη ενέργειας και την αναποτελεσματικότητα. Αυτή η μέθοδος έχει περιορισμούς, συμπεριλαμβανομένης της σημαντικής απαγωγής θερμότητας και των επιδράσεων αργής εξισορρόπησης σε πακέτα μεγάλης χωρητικότητας.
Η ενεργή εξισορρόπηση, αντίθετα, «γεμίζει τις κοντές σανίδες», μεταφέροντας ενέργεια από κύτταρα υψηλότερης ενέργειας σε κύτταρα χαμηλότερης ενέργειας, με αποτέλεσμα υψηλότερη απόδοση και ταχύτερη επίτευξη ισορροπίας. Ωστόσο, εισάγει ζητήματα πολυπλοκότητας και κόστους, με προκλήσεις στο σχεδιασμό πινάκων μεταγωγής και στον έλεγχο των μονάδων δίσκου.
Δεδομένων των αντισταθμίσεων, η παθητική εξισορρόπηση μπορεί να είναι κατάλληλη για κελιά με καλή συνέπεια, ενώ η ενεργητική εξισορρόπηση είναι προτιμότερη για κελιά με μεγαλύτερες αποκλίσεις.
Ώρα δημοσίευσης: Αυγ-27-2024
