Lithium batteripakker er som motorer, der mangler vedligeholdelse; -enBMSuden en balanceringsfunktion er blot en dataindsamler og kan ikke betragtes som et ledelsessystem. Både aktiv og passiv balancering har til formål at eliminere uoverensstemmelser i en batteripakke, men deres implementeringsprincipper er fundamentalt forskellige.
For klarhedens skyld definerer denne artikel balancering initieret af BMS gennem algoritmer som aktiv balancering, mens balancering, der bruger modstande til at sprede energi, kaldes passiv balancering. Aktiv balancering involverer energioverførsel, mens passiv balancering involverer energiafledning.
Grundlæggende batteripakkedesignprincipper
- Opladningen skal stoppe, når den første celle er fuldt opladet.
- Afladningen skal afsluttes, når den første celle er opbrugt.
- Svagere celler ældes hurtigere end stærkere celler.
- -den celle med den svageste ladning vil i sidste ende begrænse batteripakken's brugbar kapacitet (det svageste led).
- Systemtemperaturgradienten i batteripakken gør celler, der arbejder ved højere gennemsnitstemperaturer, svagere.
- Uden balancering stiger spændingsforskellen mellem de svageste og stærkeste celler med hver opladnings- og afladningscyklus. Til sidst vil en celle nærme sig maksimal spænding, mens en anden nærmer sig minimumsspænding, hvilket hæmmer pakkens opladnings- og afladningskapacitet.
På grund af uoverensstemmelse mellem celler over tid og varierende temperaturforhold fra installationen, er cellebalancering afgørende.
Lithium-ion-batterier står primært over for to typer uoverensstemmelse: opladningsuoverensstemmelse og kapacitetsmismatch. Opladningsmismatch opstår, når celler med samme kapacitet gradvist adskiller sig i ladning. Kapacitetsmismatch sker, når celler med forskellige indledende kapaciteter bruges sammen. Selvom celler generelt er godt matchede, hvis de produceres omkring samme tid med lignende fremstillingsprocesser, kan mismatches opstå fra celler med ukendte kilder eller betydelige fremstillingsforskelle.
Aktiv balancering vs. passiv balancering
1. Formål
Batteripakker består af mange serieforbundne celler, som næppe er identiske. Balancering sikrer, at cellespændingsafvigelser holdes inden for de forventede områder, og opretholder den overordnede brugervenlighed og kontrollerbarhed og forhindrer derved skader og forlænger batteriets levetid.
2. Design sammenligning
- Passiv balancering: Aflader typisk celler med høj spænding ved hjælp af modstande, og omdanner overskydende energi til varme. Denne metode forlænger opladningstiden for andre celler, men har lavere effektivitet.
- Aktiv balancering: En kompleks teknik, der omfordeler ladningen i cellerne under opladnings- og afladningscyklusser, hvilket reducerer opladningstiden og forlænger afladningens varighed. Den anvender generelt bundbalanceringsstrategier under afladning og topbalanceringsstrategier under opladning.
- Fordele og ulemper sammenligning: Passiv balancering er enklere og billigere, men mindre effektiv, da den spilder energi som varme og har langsommere balanceringseffekter. Aktiv balancering er mere effektiv og overfører energi mellem celler, hvilket forbedrer den samlede brugseffektivitet og opnår balance hurtigere. Det involverer imidlertid komplekse strukturer og højere omkostninger, med udfordringer med at integrere disse systemer i dedikerede IC'er.
Konklusion
Konceptet med BMS blev oprindeligt udviklet i udlandet, med tidlige IC-design med fokus på spændings- og temperaturdetektion. Begrebet afbalancering blev senere introduceret, oprindeligt ved hjælp af resistive udladningsmetoder integreret i IC'er. Denne tilgang er nu udbredt, hvor virksomheder som TI, MAXIM og LINEAR producerer sådanne chips, nogle integrerer switch-drivere i chipsene.
Fra de passive balanceringsprincipper og diagrammer, hvis en batteripakke sammenlignes med en tønde, er cellerne som stavene. Celler med højere energi er lange planker, og dem med lavere energi er korte planker. Passiv balancering "forkorter" kun de lange planker, hvilket resulterer i spildt energi og ineffektivitet. Denne metode har begrænsninger, herunder betydelig varmeafledning og langsomme balanceringseffekter i pakker med stor kapacitet.
Aktiv balancering "udfylder derimod de korte planker", og overfører energi fra celler med højere energi til celler med lavere energi, hvilket resulterer i højere effektivitet og hurtigere balanceopnåelse. Det introducerer imidlertid kompleksitets- og omkostningsproblemer med udfordringer med at designe switch-matricer og styre drev.
Givet afvejningen kan passiv balancering være velegnet til celler med god konsistens, mens aktiv balancering er at foretrække for celler med større uoverensstemmelser.
Indlægstid: 27. august 2024
