Οι μπαταρίες λιθίου είναι σαν κινητήρες που δεν χρειάζονται συντήρηση.ΣΔΣχωρίς λειτουργία εξισορρόπησης είναι απλώς ένας συλλέκτης δεδομένων και δεν μπορεί να θεωρηθεί σύστημα διαχείρισης. Τόσο η ενεργητική όσο και η παθητική εξισορρόπηση στοχεύουν στην εξάλειψη ασυνεπειών εντός μιας μπαταρίας, 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 ενεργητική εξισορρόπηση, ενώ η εξισορρόπηση που χρησιμοποιεί αντιστάσεις για την απαγωγή ενέργειας ονομάζεται παθητική εξισορρόπηση. Η ενεργητική εξισορρόπηση περιλαμβάνει μεταφορά ενέργειας, ενώ η παθητική εξισορρόπηση περιλαμβάνει απαγωγή ενέργειας.
Βασικές αρχές σχεδιασμού συστοιχίας μπαταριών
- Η φόρτιση πρέπει να σταματήσει όταν η πρώτη μπαταρία φορτιστεί πλήρως.
- Η εκφόρτιση πρέπει να τερματίζεται όταν εξαντληθεί το πρώτο στοιχείο.
- Τα ασθενέστερα κύτταρα γερνούν πιο γρήγορα από τα ισχυρότερα κύτταρα.
- -Το στοιχείο με το πιο αδύναμο φορτίο τελικά θα περιορίσει τη μπαταρία«αξιοποιήσιμη χωρητικότητα (ο πιο αδύναμος κρίκος).
- Η διακύμανση της θερμοκρασίας του συστήματος εντός της μπαταρίας καθιστά τα στοιχεία που λειτουργούν σε υψηλότερες μέσες θερμοκρασίες ασθενέστερα.
- Χωρίς εξισορρόπηση, η διαφορά τάσης μεταξύ των πιο αδύναμων και των ισχυρότερων στοιχείων αυξάνεται με κάθε κύκλο φόρτισης και εκφόρτισης. Τελικά, ένα στοιχείο θα πλησιάσει τη μέγιστη τάση ενώ ένα άλλο θα πλησιάσει την ελάχιστη τάση, εμποδίζοντας τις δυνατότητες φόρτισης και εκφόρτισης της συστοιχίας.
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 συμβαίνει όταν τα στοιχεία της ίδιας χωρητικότητας διαφέρουν σταδιακά σε φορτίο. Η αναντιστοιχία χωρητικότητας συμβαίνει όταν χρησιμοποιούνται μαζί στοιχεία με διαφορετικές αρχικές χωρητικότητες. Παρόλο που τα στοιχεία είναι γενικά καλά ταιριαστά εάν παράγονται περίπου την ίδια εποχή με παρόμοιες διαδικασίες κατασκευής, αναντιστοιχίες μπορούν να προκύψουν από στοιχεία με άγνωστες πηγές ή σημαντικές διαφορές στην κατασκευή.
Ενεργητική εξισορρόπηση έναντι παθητικής εξισορρόπησης
1. Σκοπός
Οι μπαταρίες αποτελούνται από πολλά στοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά, τα οποία είναι απίθανο να είναι πανομοιότυπα. Η εξισορρόπηση διασφαλίζει ότι οι αποκλίσεις τάσης των στοιχείων διατηρούνται εντός των αναμενόμενων ορίων, διατηρώντας τη συνολική χρηστικότητα και δυνατότητα ελέγχου, αποτρέποντας έτσι τις ζημιές και παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
2. Σύγκριση Σχεδιασμού
- Παθητική εξισορρόπηση: Συνήθως εκφορτίζει στοιχεία υψηλότερης τάσης χρησιμοποιώντας αντιστάσεις, μετατρέποντας την περίσσεια ενέργειας σε θερμότητα. Αυτή η μέθοδος παρατείνει τον χρόνο φόρτισης για άλλα στοιχεία, αλλά έχει χαμηλότερη απόδοση.
- Ενεργητική εξισορρόπηση: Μια σύνθετη τεχνική που ανακατανέμει το φορτίο εντός των κυψελών κατά τη διάρκεια των κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης, μειώνοντας τον χρόνο φόρτισης και παρατείνοντας τη διάρκεια της εκφόρτισης. Γενικά χρησιμοποιεί στρατηγικές εξισορρόπησης από κάτω κατά την εκφόρτιση και στρατηγικές εξισορρόπησης από πάνω 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 κυψελών, γεγονός που βελτιώνει τη συνολική αποδοτικότητα χρήσης και επιτυγχάνει ισορροπία πιο γρήγορα. Ωστόσο, περιλαμβάνει πολύπλοκες δομές και υψηλότερο κόστος, με προκλήσεις στην ενσωμάτωση αυτών των συστημάτων σε ειδικά ολοκληρωμένα κυκλώματα (ICs).
Σύναψη
Η έννοια του BMS αναπτύχθηκε αρχικά στο εξωτερικό, με τα πρώτα σχέδια ολοκληρωμένων κυκλωμάτων να επικεντρώνονται στην ανίχνευση τάσης και θερμοκρασίας. Η έννοια της εξισορρόπησης εισήχθη αργότερα, αρχικά χρησιμοποιώντας μεθόδους εκκένωσης αντίστασης ενσωματωμένες σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Αυτή η προσέγγιση είναι πλέον ευρέως διαδεδομένη, με εταιρείες όπως η TI, η MAXIM και η LINEAR να παράγουν τέτοια τσιπ, μερικές από τις οποίες ενσωματώνουν προγράμματα οδήγησης διακοπτών στα τσιπ.
Από τις αρχές και τα διαγράμματα παθητικής εξισορρόπησης, αν μια μπαταρία συγκριθεί με ένα βαρέλι, τα στοιχεία είναι σαν τις σανίδες. Τα στοιχεία με υψηλότερη ενέργεια είναι οι μακριές σανίδες, ενώ αυτά με χαμηλότερη ενέργεια είναι οι κοντές σανίδες. Η παθητική εξισορρόπηση μόνο «μικραίνει» τις μακριές σανίδες, με αποτέλεσμα την σπατάλη ενέργειας και την αναποτελεσματικότητα. Αυτή η μέθοδος έχει περιορισμούς, όπως η σημαντική απαγωγή θερμότητας και τα αργά φαινόμενα εξισορρόπησης σε συστοιχίες μεγάλης χωρητικότητας.
Αντιθέτως, η ενεργητική εξισορρόπηση «γεμίζει τις μικρές σανίδες», μεταφέροντας ενέργεια από κυψέλες υψηλότερης ενέργειας σε κυψέλες χαμηλότερης ενέργειας, με αποτέλεσμα υψηλότερη απόδοση και ταχύτερη επίτευξη ισορροπίας. Ωστόσο, εισάγει ζητήματα πολυπλοκότητας και κόστους, με προκλήσεις στο σχεδιασμό μητρών διακοπτών και στον έλεγχο των μονάδων δίσκου.
Δεδομένων των αντισταθμίσεων, η παθητική εξισορρόπηση μπορεί να είναι κατάλληλη για κελιά με καλή συνοχή, ενώ η ενεργητική εξισορρόπηση είναι προτιμότερη για κελιά με μεγαλύτερες αποκλίσεις.
Ώρα δημοσίευσης: 27 Αυγούστου 2024
