Lítiové batérie sú ako motory, ktorým chýba údržba; aBMSbez vyvažovacej funkcie je iba zberačom údajov a nemožno ho považovať za systém riadenia. Aktívne aj pasívne vyvažovanie má za cieľ eliminovať nezrovnalosti v rámci batérie, ale princípy ich implementácie sú zásadne odlišné.
Pre jasnosť tento článok definuje vyvažovanie iniciované BMS pomocou algoritmov ako aktívne vyvažovanie, zatiaľ čo vyvažovanie, ktoré využíva rezistory na rozptýlenie energie, sa nazýva pasívne vyvažovanie. Aktívne vyvažovanie zahŕňa prenos energie, zatiaľ čo pasívne vyváženie zahŕňa rozptyl energie.
Základné princípy konštrukcie batérie
- Nabíjanie sa musí zastaviť, keď je prvý článok úplne nabitý.
- Vybíjanie sa musí skončiť, keď sa vybije prvý článok.
- Slabšie bunky starnú rýchlejšie ako silnejšie bunky.
- -článok s najslabším nabitím v konečnom dôsledku obmedzí batériu's využiteľná kapacita (najslabší článok).
- Teplotný gradient systému v rámci batérie spôsobuje, že články pracujúce pri vyšších priemerných teplotách sú slabšie.
- Bez vyváženia sa rozdiel napätia medzi najslabším a najsilnejším článkom zvyšuje s každým cyklom nabíjania a vybíjania. Nakoniec sa jeden článok priblíži k maximálnemu napätiu, zatiaľ čo druhý k minimálnemu napätiu, čo bráni schopnosti nabíjania a vybíjania.
Vzhľadom na nesúlad článkov v priebehu času a meniace sa teplotné podmienky od inštalácie je vyváženie článkov nevyhnutné.
Lítium-iónové batérie čelia predovšetkým dvom typom nesúladu: nesúladu nabíjania a nesúladu kapacity. K nesúladu nabíjania dochádza, keď sa články s rovnakou kapacitou postupne líšia v nabíjaní. Nesúlad kapacity nastáva, keď sa bunky s rôznymi počiatočnými kapacitami používajú spoločne. Hoci bunky sú vo všeobecnosti dobre spárované, ak sa vyrábajú približne v rovnakom čase s podobnými výrobnými procesmi, nezhody môžu vzniknúť z buniek s neznámymi zdrojmi alebo významnými výrobnými rozdielmi.
Aktívne vyvažovanie vs. pasívne vyvažovanie
1. Účel
Batérie pozostávajú z mnohých sériovo zapojených článkov, ktoré pravdepodobne nebudú identické. Vyvažovanie zaisťuje, že odchýlky napätia článku sú udržiavané v očakávaných rozsahoch, čím sa zachováva celková použiteľnosť a ovládateľnosť, čím sa predchádza poškodeniu a predlžuje sa životnosť batérie.
2. Porovnanie dizajnu
- Pasívne vyvažovanie: Typicky vybíja články s vyšším napätím pomocou rezistorov, čím premieňa prebytočnú energiu na teplo. Táto metóda predlžuje čas nabíjania pre ostatné články, ale má nižšiu účinnosť.
- Aktívne vyvažovanie: Komplexná technika, ktorá prerozdeľuje náboj v článkoch počas cyklov nabíjania a vybíjania, čím sa skracuje čas nabíjania a predlžuje sa doba vybíjania. Vo všeobecnosti využíva stratégie spodného vyvažovania počas vybíjania a stratégie horného vyvažovania počas nabíjania.
- Porovnanie pre a proti: Pasívne vyvažovanie je jednoduchšie a lacnejšie, ale menej efektívne, pretože plytvá energiou ako teplo a má pomalšie vyrovnávacie účinky. Aktívne vyvažovanie je efektívnejšie, prenáša energiu medzi článkami, čo zlepšuje celkovú efektivitu využitia a rýchlejšie dosahuje rovnováhu. Zahŕňa však zložité štruktúry a vyššie náklady, s problémami pri integrácii týchto systémov do vyhradených integrovaných obvodov.
Záver
Koncept BMS bol pôvodne vyvinutý v zahraničí, pričom prvé návrhy IC sa zameriavali na detekciu napätia a teploty. Koncept vyvažovania bol zavedený neskôr, spočiatku pomocou metód odporového výboja integrovaných do integrovaných obvodov. Tento prístup je teraz rozšírený, pričom spoločnosti ako TI, MAXIM a LINEAR vyrábajú takéto čipy, pričom niektoré integrujú ovládače prepínačov do čipov.
Z princípov a diagramov pasívneho vyvažovania vyplýva, že ak sa akumulátor porovná so sudom, články sú ako dosky. Bunky s vyššou energiou sú dlhé dosky a bunky s nižšou energiou sú krátke dosky. Pasívne vyvažovanie len „skracuje“ dlhé dosky, čo vedie k plytvaniu energiou a neefektívnosti. Táto metóda má obmedzenia, vrátane značného rozptylu tepla a pomalého vyrovnávania vo veľkokapacitných baleniach.
Aktívne vyvažovanie naopak „vypĺňa krátke dosky“, prenáša energiu z článkov s vyššou energiou do článkov s nižšou energiou, čo vedie k vyššej účinnosti a rýchlejšiemu dosiahnutiu rovnováhy. Prináša však problémy so zložitosťou a nákladmi, s výzvami pri navrhovaní matíc spínačov a riadení pohonov.
Vzhľadom na kompromisy môže byť pasívne vyvažovanie vhodné pre bunky s dobrou konzistenciou, zatiaľ čo aktívne vyvažovanie je vhodnejšie pre bunky s väčšími nezrovnalosťami.
Čas odoslania: 27. augusta 2024
