Літієві акумулятори схожі на двигуни, які не потребують обслуговування; aBMSбез функції балансування є лише збирачем даних і не може вважатися системою управління. Як активне, так і пасивне балансування спрямовані на усунення невідповідностей всередині акумуляторної батареї, але принципи їх реалізації принципово відрізняються.
Для ясності ця стаття визначає балансування, ініційоване BMS за допомогою алгоритмів, 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 конструкції акумуляторної батареї
- Заряджання має припинитися, коли перший елемент буде повністю заряджено.
- Розряджання має закінчитися, коли вичерпається перша клітинка.
- Слабші клітини старіють швидше, ніж сильніші.
- - елемент із найслабшим зарядом остаточно обмежить акумуляторну батарею's корисна ємність (найслабша ланка).
- Температурний градієнт системи всередині акумуляторної батареї робить елементи, що працюють при вищих середніх температурах, слабкішими.
- Без балансування різниця напруг між найслабшими та найсильнішими елементами збільшується з кожним циклом заряду та розряду. Врешті-решт одна комірка наблизиться до максимальної напруги, а інша — до мінімальної, що перешкоджає здатності акумулятора заряджатися та розряджатися.
Через невідповідність клітинок у часі та зміну температурних умов від установки, балансування клітин є важливою.
Літій-іонні батареї в основному стикаються з двома типами невідповідності: невідповідністю заряду та невідповідністю ємності. Невідповідність заряду виникає, коли клітини однакової ємності поступово відрізняються за зарядом. Невідповідність ємності виникає, коли разом використовуються комірки з різною початковою ємністю. Хоча клітини, як правило, добре підходять, якщо їх виробляють приблизно в той самий час із подібними виробничими процесами, невідповідності можуть виникати через клітини з невідомими джерелами або значні відмінності у виробництві.
Активне балансування проти пасивного балансування
1. Мета
Акумуляторні блоки складаються з багатьох послідовно з’єднаних елементів, які навряд чи будуть ідентичними. Балансування гарантує, що відхилення напруги елемента зберігаються в очікуваних діапазонах, зберігаючи загальну зручність використання та керованість, тим самим запобігаючи пошкодженню та подовжуючи термін служби батареї.
2. Порівняння дизайну
- Пасивне балансування: зазвичай розряджає елементи з високою напругою за допомогою резисторів, перетворюючи надлишок енергії на тепло. Цей метод подовжує час заряджання інших елементів, але має нижчу ефективність.
- Активне балансування: складна техніка, яка перерозподіляє заряд в елементах під час циклів заряджання та розряджання, скорочуючи час заряджання та збільшуючи тривалість розряджання. Зазвичай він використовує стратегії нижнього балансування під час розряду та стратегії верхнього балансування під час заряджання.
- Порівняння плюсів і мінусів: Пасивне балансування є простішим і дешевшим, але менш ефективним, оскільки воно витрачає енергію на тепло і має повільніший ефект балансування. Активне балансування є більш ефективним, передає енергію між осередками, що покращує загальну ефективність використання та швидше досягає балансу. Однак це передбачає складні структури та вищі витрати, а також проблеми з інтеграцією цих систем у спеціальні IC.
Висновок
Концепція BMS спочатку була розроблена за кордоном, причому перші розробки ІС були зосереджені на виявленні напруги та температури. Пізніше було введено концепцію балансування, спочатку використовуючи методи резистивного розряду, інтегровані в мікросхеми. Цей підхід зараз широко поширений, такі компанії, як TI, MAXIM і LINEAR, виробляють такі мікросхеми, деякі інтегрують драйвери комутаторів у мікросхеми.
З принципів пасивного балансування та схем, якщо порівняти акумуляторну батарею з бочкою, елементи схожі на штанги. Клітини з більш високою енергією - це довгі дошки, а з нижчою - короткі дошки. Пасивне балансування лише «вкорочує» довгі дошки, що призводить до марної витрати енергії та неефективності. Цей метод має обмеження, включаючи значне розсіювання тепла та повільний ефект балансування в блоках великої місткості.
Активне балансування, навпаки, «заповнює короткі дошки», передаючи енергію від клітин з більшою енергією до клітин з меншою енергією, що призводить до вищої ефективності та швидшого досягнення балансу. Однак це створює проблеми зі складністю та вартістю, а також проблеми з проектуванням комутаційних матриць і керування приводами.
Враховуючи компроміси, пасивне балансування може бути придатним для комірок із хорошою узгодженістю, тоді як активне балансування є кращим для комірок із більшими розбіжностями.
Час публікації: 27 серпня 2024 р
