Литиевите батерии са като двигатели, които не се нуждаят от поддръжка;Сграда за управление на сградата (BMS)Без функция за балансиране е просто събирач на данни и не може да се счита за система за управление. Както активното, така и пасивното балансиране целят да елиминират несъответствията в рамките на батерията, но принципите им на внедряване са коренно различни.
За по-голяма яснота, тази статия определя 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 батерийни пакети
- 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 живота на батерията„използваем капацитет (най-слабото звено).
- Температурният градиент на системата 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 достигне максимално напрежение, докато друга ще се доближи до минимално, което възпрепятства възможностите за зареждане и разреждане на батерията.
Поради несъответствието на клетките с течение на времето и различните температурни условия от инсталацията, балансирането на клетките е от съществено значение.
Литиево-йонните батерии се сблъскват основно с два вида несъответствия: несъответствие в зареждането и несъответствие в капацитета. Несъответствието в зареждането възниква, когато клетки с еднакъв капацитет постепенно се различават по заряд. Несъответствието в капацитета възниква, когато клетки с различен начален капацитет се използват заедно. Въпреки че клетките обикновено са добре съчетани, ако са произведени приблизително по едно и също време с подобни производствени процеси, несъответствия 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 са идентични. Балансирането гарантира, че отклоненията в напрежението на клетките се поддържат в очакваните диапазони, поддържайки общата използваемост и управляемост, като по този начин предотвратява повреди и удължава живота на батерията.
2. Сравнение на дизайна
- Пасивно балансиране: Обикновено разрежда клетки с по-високо напрежение с помощта на резистори, превръщайки излишната енергия в топлина. Този метод удължава времето за зареждане на други клетки, но има по-ниска ефективност.
- Активно балансиране: Сложна техника, която преразпределя заряда в клетките по време на циклите на зареждане и разреждане, намалявайки времето за зареждане и удължавайки продължителността на разреждане. Обикновено използва стратегии за долно балансиране по време на разреждане и стратегии за горно балансиране по време на зареждане.
- Сравнение на плюсовете и минусите: Пасивното балансиране е по-просто и по-евтино, но по-неефективно, тъй като разхищава енергия под формата на топлина и има по-бавни балансиращи ефекти. Активното балансиране е по-ефективно, като прехвърля енергия между клетките, което подобрява цялостната ефективност на използване и постига баланс по-бързо. То обаче е свързано със сложни структури и по-високи разходи, с предизвикателства при интегрирането на тези системи в специализирани интегрални схеми.
Заключение
Концепцията за BMS първоначално е разработена в чужбина, като ранните дизайни на интегрални схеми са се фокусирали върху откриване на напрежение и температура. По-късно е въведена концепцията за балансиране, първоначално с помощта на методи за резистивен разряд, интегрирани в интегрални схеми. Този подход сега е широко разпространен, като компании като TI, MAXIM и LINEAR произвеждат такива чипове, като някои от тях интегрират драйвери за превключватели в чиповете.
Според принципите и диаграмите на пасивното балансиране, ако сравним батерия с варел, клетките са като дъските. 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 бавни ефекти на балансиране при батерии с голям капацитет.
Активното балансиране, за разлика от това, „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. То обаче въвежда проблеми със сложността и разходите, с предизвикателства при проектирането на матрици на превключватели и управлението на задвижванията.
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.
