Lithiumbatteripakker er som motorer, der mangler vedligeholdelse;BMSuden en balanceringsfunktion er blot en dataindsamler og kan ikke betragtes som et styringssystem. Både aktiv og passiv balancering sigter mod at eliminere uoverensstemmelser i en batteripakke, men deres implementeringsprincipper er fundamentalt forskellige.
For klarhedens skyld definerer denne artikel balancering initieret af BMS'en gennem algoritmer som aktiv balancering, mens balancering, der bruger modstande til at aflede energi, kaldes passiv balancering. Aktiv balancering involverer energioverførsel, hvorimod passiv balancering involverer energiafledning.
Grundlæggende principper for batteripakkedesign
- Opladningen skal stoppe, når den første celle er fuldt opladet.
- Afladningen skal ophøre, når den første celle er tømt.
- Svagere celler ældes hurtigere end stærkere celler.
- - Cellen med den svageste opladning vil i sidste ende begrænse batteripakkens levetid's brugbare kapacitet (det svageste led).
- Systemets temperaturgradient i batteripakken gør cellerne svagere, når de fungerer ved højere gennemsnitstemperaturer.
- Uden balancering øges spændingsforskellen mellem de svageste og stærkeste celler med hver opladnings- og afladningscyklus. Til sidst vil én celle nærme sig den maksimale spænding, mens en anden nærmer sig den minimale spænding, hvilket hæmmer batteriets opladnings- og afladningskapacitet.
På grund af cellernes uoverensstemmelse over tid og varierende temperaturforhold fra installationen er cellebalancering afgørende.
Litium-ion-batterier oplever primært to typer af uoverensstemmelser: opladningsuoverensstemmelse og kapacitetsuoverensstemmelse. Opladningsuoverensstemmelse opstår, når celler med samme kapacitet gradvist varierer i ladning. Kapacitetsuoverensstemmelse opstår, når celler med forskellige startkapaciteter bruges sammen. Selvom celler generelt er godt matchede, hvis de produceres omtrent samtidig med lignende fremstillingsprocesser, kan uoverensstemmelser opstå fra celler med ukendte kilder eller betydelige fremstillingsforskelle.
Aktiv balancering vs. passiv balancering
1. Formål
Batteripakker består af mange serieforbundne celler, som sandsynligvis ikke er identiske. Balancering sikrer, at cellespændingsafvigelser holdes inden for de forventede områder, hvilket opretholder den samlede brugervenlighed og kontrollerbarhed, hvorved skader forhindres og batteriets levetid forlænges.
2. Designsammenligning
- Passiv balancering: Aflader typisk celler med højere spænding ved hjælp af modstande, hvorved overskydende energi omdannes til varme. Denne metode forlænger opladningstiden for andre celler, men har lavere effektivitet.
- Aktiv balancering: En kompleks teknik, der omfordeler ladning i celler under opladnings- og afladningscyklusser, hvilket reducerer opladningstiden og forlænger afladningsvarigheden. 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 dog komplekse strukturer og højere omkostninger, med udfordringer i at integrere disse systemer i dedikerede IC'er.
Konklusion
Konceptet med BMS blev oprindeligt udviklet i udlandet, hvor tidlige IC-design fokuserede på spændings- og temperaturdetektion. Konceptet med balancering blev senere introduceret, i første omgang ved hjælp af resistive afladningsmetoder integreret i IC'er. Denne tilgang er nu udbredt, hvor virksomheder som TI, MAXIM og LINEAR producerer sådanne chips, hvoraf nogle integrerer switch-drivere i chippene.
Ud fra principperne og diagrammerne for passiv balancering, hvis en batteripakke sammenlignes med en tønde, er cellerne som stave. 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 batteripakker 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 opnåelse af balance. Det introducerer dog kompleksitet og omkostningsproblemer med udfordringer i design af switchmatricer og styring af drev.
I betragtning af afvejningerne kan passiv balancering være egnet til celler med god konsistens, mens aktiv balancering er at foretrække for celler med større uoverensstemmelser.
Opslagstidspunkt: 27. august 2024
