Літієві акумуляторні блоки схожі на двигуни, які не потребують обслуговування; aЗСУбез функції балансування є лише збирачем даних і не може вважатися системою управління. Як активне, так і пасивне балансування спрямовані на усунення невідповідностей в акумуляторному блоці, але принципи їхньої реалізації принципово відрізняються.
Для ясності, у цій статті балансування, ініційоване BMS за допомогою алгоритмів, визначається як активне балансування, тоді як балансування, яке використовує резистори для розсіювання енергії, називається пасивним балансуванням. Активне балансування передбачає передачу енергії, тоді як пасивне балансування передбачає розсіювання енергії.
Основні принципи проектування акумуляторних блоків
- Зарядку необхідно припинити, коли перший елемент повністю зарядиться.
- Розрядку необхідно припинити, коли перша комірка вичерпається.
- Слабші клітини старіють швидше, ніж сильніші.
- -елемент із найслабшим зарядом зрештою обмежить час роботи акумуляторної батареї'корисна ємність (найслабша ланка).
- Градієнт температур системи всередині акумуляторного блоку послаблює роботу елементів за вищих середніх температур.
- Без балансування різниця напруги між найслабшими та найсильнішими елементами збільшується з кожним циклом заряду та розряду. Зрештою, один елемент досягне максимальної напруги, а інший — мінімальної, що обмежує можливості заряду та розряду акумулятора.
Через невідповідність комірок з часом та різні температурні умови під час встановлення, балансування комірок є важливим.
Літій-іонні акумулятори в основному стикаються з двома типами невідповідності: невідповідністю заряду та невідповідністю ємності. Невідповідність заряду виникає, коли елементи однакової ємності поступово відрізняються за зарядом. Невідповідність ємності виникає, коли елементи з різною початковою ємністю використовуються разом. Хоча елементи, як правило, добре підходять один одному, якщо вони виготовлені приблизно в один і той же час за допомогою схожих виробничих процесів, невідповідності можуть виникати через елементи з невідомих джерел або зі значними відмінностями у виробництві.
Активне балансування проти пасивного балансування
1. Мета
Акумуляторні блоки складаються з багатьох послідовно з'єднаних елементів, які навряд чи будуть ідентичними. Балансування забезпечує утримання відхилень напруги елементів у очікуваних межах, підтримуючи загальну зручність використання та керованість, тим самим запобігаючи пошкодженням та подовжуючи термін служби акумулятора.
2. Порівняння дизайну
- Пасивне балансування: зазвичай розряджає елементи з вищою напругою за допомогою резисторів, перетворюючи надлишкову енергію на тепло. Цей метод подовжує час заряджання інших елементів, але має нижчу ефективність.
- Активне балансування: складна техніка, яка перерозподіляє заряд усередині елементів під час циклів заряджання та розряджання, зменшуючи час заряджання та подовжуючи тривалість розряджання. Зазвичай вона використовує стратегії нижнього балансування під час розряджання та стратегії верхнього балансування під час заряджання.
- Порівняння плюсів і мінусів: Пасивне балансування простіше та дешевше, але менш ефективне, оскільки воно витрачає енергію у вигляді тепла та має повільніший балансувальний ефект. Активне балансування є ефективнішим, передаючи енергію між елементами, що підвищує загальну ефективність використання та швидше досягає балансу. Однак воно передбачає складні структури та вищі витрати, а також труднощі з інтеграцією цих систем у спеціалізовані інтегральні схеми.
Висновок
Концепція BMS (системи управління будівництвом) спочатку була розроблена за кордоном, причому ранні розробки ІС були зосереджені на виявленні напруги та температури. Концепція балансування була запроваджена пізніше, спочатку з використанням методів резистивного розряду, інтегрованих в ІС. Цей підхід зараз широко поширений, і такі компанії, як TI, MAXIM та LINEAR, виробляють такі мікросхеми, деякі з яких інтегрують драйвери перемикачів у мікросхеми.
Згідно з принципами та схемами пасивного балансування, якщо порівняти акумуляторний блок з бочкою, то елементи схожі на палиці. Елементи з вищою енергією – це довгі планки, а ті, що з нижчою енергією, – короткі планки. Пасивне балансування лише «вкорочує» довгі планки, що призводить до марнування енергії та неефективності. Цей метод має обмеження, зокрема значне розсіювання тепла та повільний ефект балансування в акумуляторах великої ємності.
Активне балансування, навпаки, «заповнює короткі дошки», переносячи енергію з елементів з вищою енергією на елементи з нижчою, що призводить до вищої ефективності та швидшого досягнення балансу. Однак це створює проблеми складності та вартості, пов'язані з проектуванням матриць перемикачів та керуванням приводами.
З огляду на компроміси, пасивне балансування може бути придатним для комірок з хорошою узгодженістю, тоді як активне балансування є кращим для комірок з більшими розбіжностями.
Час публікації: 27 серпня 2024 р.
