Литиевите батерии са като двигатели, които не се поддържат; аBMSбез функция за балансиране е просто събирач на данни и не може да се счита за система за управление. Както активното, така и пасивното балансиране имат за цел да премахнат несъответствията в рамките на един акумулаторен пакет, но техните принципи на изпълнение са фундаментално различни.
За по-голяма яснота тази статия дефинира балансирането, инициирано от BMS чрез алгоритми, като активно балансиране, докато балансирането, което използва резистори за разсейване на енергия, се нарича пасивно балансиране. Активното балансиране включва пренос на енергия, докато пасивното балансиране включва разсейване на енергия.
Основни принципи на проектиране на батерията
- Зареждането трябва да спре, когато първата клетка е напълно заредена.
- Разреждането трябва да приключи, когато първата клетка се изчерпи.
- По-слабите клетки стареят по-бързо от по-силните.
- - клетката с най-слаб заряд в крайна сметка ще ограничи батерията's използваем капацитет (най-слабото звено).
- Системният температурен градиент в батерията прави клетките, работещи при по-високи средни температури, по-слаби.
- Без балансиране разликата в напрежението между най-слабите и най-силните клетки се увеличава с всеки цикъл на зареждане и разреждане. В крайна сметка една клетка ще се доближи до максимално напрежение, докато друга близо до минимално напрежение, възпрепятствайки възможностите на пакета за зареждане и разреждане.
Поради несъответствието на клетките във времето и вариращите температурни условия от монтажа, балансирането на клетките е от съществено значение.
Литиево-йонните батерии се сблъскват предимно с два вида несъответствие: несъответствие при зареждане и несъответствие на капацитета. Несъответствието при зареждане възниква, когато клетки с еднакъв капацитет постепенно се различават по заряд. Несъответствието на капацитета се случва, когато клетки с различен първоначален капацитет се използват заедно. Въпреки че клетките обикновено са добре съвпадащи, ако се произвеждат приблизително по едно и също време с подобни производствени процеси, несъответствията могат да възникнат от клетки с неизвестни източници или значителни производствени разлики.
Активно балансиране срещу пасивно балансиране
1. Цел
Батерийните пакети се състоят от много последователно свързани клетки, които е малко вероятно да бъдат идентични. Балансирането гарантира, че отклоненията на напрежението на клетката се поддържат в рамките на очакваните диапазони, поддържайки цялостната използваемост и управляемост, като по този начин предотвратява повреда и удължава живота на батерията.
2. Сравнение на дизайна
- Пасивно балансиране: Обикновено разрежда клетки с по-високо напрежение с помощта на резистори, преобразувайки излишната енергия в топлина. Този метод удължава времето за зареждане на други клетки, но има по-ниска ефективност.
- Активно балансиране: Комплексна техника, която преразпределя заряда в клетките по време на циклите на зареждане и разреждане, като намалява времето за зареждане и удължава продължителността на разреждането. Обикновено използва стратегии за долно балансиране по време на разреждане и стратегии за горно балансиране по време на зареждане.
- Сравнение за плюсове и минуси: Пасивното балансиране е по-просто и по-евтино, но по-малко ефективно, тъй като губи енергия като топлина и има по-бавни ефекти на балансиране. Активното балансиране е по-ефективно, прехвърляйки енергия между клетките, което подобрява общата ефективност на използване и постига баланс по-бързо. Това обаче включва сложни структури и по-високи разходи, с предизвикателства при интегрирането на тези системи в специални интегрални схеми.
Заключение
Концепцията за BMS първоначално е разработена в чужбина, като ранните проекти на IC се фокусират върху откриването на напрежение и температура. Концепцията за балансиране беше въведена по-късно, като първоначално се използваха методи за резистивен разряд, интегрирани в ИС. Този подход вече е широко разпространен, като компании като TI, MAXIM и LINEAR произвеждат такива чипове, като някои интегрират драйвери за комутатори в чиповете.
От принципите и диаграмите на пасивното балансиране, ако батерията се сравни с варел, клетките са като пръти. Клетките с по-висока енергия са дълги дъски, а тези с по-ниска енергия са къси дъски. Пасивното балансиране само "скъсява" дългите дъски, което води до загуба на енергия и неефективност. Този метод има ограничения, включително значително разсейване на топлината и бавен ефект на балансиране в пакети с голям капацитет.
Активното балансиране, напротив, "запълва късите дъски", прехвърляйки енергия от клетки с по-висока енергия към такива с по-ниска енергия, което води до по-висока ефективност и по-бързо постигане на баланс. Въпреки това, той въвежда проблеми със сложността и разходите, с предизвикателства при проектирането на превключвателни матрици и контролиране на задвижвания.
Като се имат предвид компромисите, пасивното балансиране може да е подходящо за клетки с добра консистенция, докато активното балансиране е за предпочитане за клетки с по-големи несъответствия.
Време на публикуване: 27 август 2024 г
