Lítiové batérie sú ako motory, ktoré si vyžadujú údržbu; aSystém riadenia budov (BMS)Bez funkcie vyvažovania je iba zberačom údajov a nemožno ho považovať za systém riadenia. Aktívne aj pasívne vyvažovanie sa zameriava na elimináciu nezrovnalostí v rámci batériového zdroja, ale ich implementačné princípy sa zásadne líšia.
Pre prehľadnosť tento článok definuje vyvažovanie iniciované systémom BMS prostredníctvom algoritmov ako aktívne vyvažovanie, zatiaľ čo vyvažovanie, ktoré využíva rezistory na rozptyľovanie energie, sa nazýva pasívne vyvažovanie. Aktívne vyvažovanie zahŕňa prenos energie, zatiaľ čo pasívne vyvažovanie zahŕňa rozptyl energie.
Základné princípy návrhu batériových blokov
- Nabíjanie sa musí zastaviť, keď je prvý článok úplne nabitý.
- Vybíjanie sa musí ukončiť, keď je prvá bunka vybitá.
- Slabšie bunky starnú rýchlejšie ako silnejšie bunky.
- -Článok s najslabším nabitím v konečnom dôsledku obmedzí výdrž batérie'využiteľná kapacita (najslabší článok).
- Teplotný gradient systému v batériovom bloku oslabuje články pracujúce pri vyšších priemerných teplotách.
- Bez vyváženia sa rozdiel napätia medzi najslabšími a najsilnejšími článkami zvyšuje s každým cyklom nabíjania a vybíjania. Nakoniec sa jeden článok priblíži k maximálnemu napätiu, zatiaľ čo druhý sa priblíži k minimálnemu napätiu, čo obmedzí schopnosť batérie nabíjať a vybíjať.
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 pri nabíjaní a nesúladu pri kapacite. Nesúlad pri nabíjaní nastáva, keď sa články s rovnakou kapacitou postupne líšia v nabíjaní. Nesúlad pri kapacite nastáva, keď sa články s rôznymi počiatočnými kapacitami používajú spoločne. Hoci sa články vo všeobecnosti dobre zhodujú, ak sa vyrábajú približne v rovnakom čase podobnými výrobnými procesmi, nesúlad môže vzniknúť v prípade článkov z neznámych zdrojov alebo s výraznými výrobnými rozdielmi.
Aktívne vyvažovanie vs. pasívne vyvažovanie
1. Účel
Batériové bloky pozostávajú z mnohých sériovo zapojených článkov, ktoré pravdepodobne nebudú identické. Vyvažovanie zabezpečuje, že odchýlky napätia článkov sa udržiavajú 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 sa prebytočná energia premieňa na teplo. Táto metóda predlžuje čas nabíjania ostatných článkov, ale má nižšiu účinnosť.
- Aktívne vyvažovanie: Komplexná technika, ktorá prerozdeľuje náboj v článkoch počas cyklov nabíjania a vybíjania, čím skracuje čas nabíjania a predlžuje trvanie vybíjania. Vo všeobecnosti využíva stratégie vyvažovania spodnej časti počas vybíjania a stratégie vyvažovania hornej časti počas nabíjania.
- Porovnanie výhod a nevýhod: Pasívne vyvažovanie je jednoduchšie a lacnejšie, ale menej efektívne, pretože plytvá energiou vo forme tepla a má pomalšie vyvažovacie účinky. Aktívne vyvažovanie je efektívnejšie, prenáša energiu medzi článkami, čo zlepšuje celkovú efektivitu využitia a rýchlejšie dosahuje vyvažovanie. Zahŕňa však zložité štruktúry a vyššie náklady, pričom je spojené s problémami pri integrácii týchto systémov do špecializovaných integrovaných obvodov.
Záver
Koncept BMS bol pôvodne vyvinutý v zahraničí, pričom prvé návrhy integrovaných obvodov sa zameriavali na detekciu napätia a teploty. Neskôr bol zavedený koncept vyvažovania, spočiatku s využitím metód odporového vybíjania integrovaných do integrovaných obvodov. Tento prístup je teraz rozšírený a spoločnosti ako TI, MAXIM a LINEAR vyrábajú takéto čipy, pričom niektoré integrujú do čipov ovládače spínačov.
Z princípov a diagramov pasívneho vyvažovania vyplýva, že ak porovnáme batériový blok s valcom, články sú ako tyče. Články s vyššou energiou sú dlhé dosky a články s nižšou energiou sú krátke dosky. Pasívne vyvažovanie iba „skracuje“ dlhé dosky, čo vedie k plytvaniu energiou a neefektívnosti. Táto metóda má svoje obmedzenia, vrátane výrazného rozptylu tepla a pomalých vyvažovacích účinkov pri batériách s veľkou kapacitou.
Aktívne vyvažovanie naopak „vypĺňa krátke dosky“ a prenáša energiu z článkov s vyššou energiou do článkov s nižšou energiou, čo vedie k vyššej účinnosti a rýchlejšiemu dosiahnutiu vyváženia. Prináša však zložitosť a náklady, spolu s výzvami pri navrhovaní spínacích matíc 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 rozdielmi.
Čas uverejnenia: 27. augusta 2024
