Pachetele de baterii cu litiu sunt ca motoarele cărora le lipsește întreținerea; oBMSfără o funcție de echilibrare este doar un colector de date și nu poate fi considerat un sistem de management. Atât echilibrarea activă, cât și cea pasivă urmăresc să elimine inconsecvențele din cadrul unui pachet de baterii, dar principiile lor de implementare sunt fundamental diferite.
Pentru claritate, acest articol definește echilibrarea inițiată de BMS prin algoritmi ca echilibrare activă, în timp ce echilibrarea care utilizează rezistențe pentru a disipa energia este numită echilibrare pasivă. Echilibrarea activă implică transfer de energie, în timp ce echilibrarea pasivă implică disiparea energiei.
Principii de bază pentru proiectarea pachetului de baterii
- Încărcarea trebuie să se oprească când prima celulă este complet încărcată.
- Descărcarea trebuie să se termine când prima celulă este epuizată.
- Celulele mai slabe îmbătrânesc mai repede decât celulele mai puternice.
- -celula cu cea mai slabă încărcare va limita în cele din urmă acumulatorul'capacitatea utilizabilă a lui (cea mai slabă verigă).
- Gradientul de temperatură a sistemului din pachetul de baterii face celulele care funcționează la temperaturi medii mai ridicate mai slabe.
- Fără echilibrare, diferența de tensiune dintre celulele cele mai slabe și cele mai puternice crește cu fiecare ciclu de încărcare și descărcare. În cele din urmă, o celulă se va apropia de tensiunea maximă, în timp ce alta se va apropia de tensiunea minimă, împiedicând capacitățile de încărcare și descărcare ale pachetului.
Din cauza nepotrivirii celulelor în timp și a condițiilor de temperatură variabile de la instalare, echilibrarea celulelor este esențială.
Bateriile cu litiu-ion se confruntă în principal cu două tipuri de nepotrivire: nepotrivire de încărcare și nepotrivire de capacitate. Nepotrivirea de încărcare apare atunci când celulele cu aceeași capacitate diferă treptat în încărcare. Nepotrivirea capacității are loc atunci când celulele cu capacități inițiale diferite sunt utilizate împreună. Deși celulele sunt în general bine potrivite dacă sunt produse aproximativ în același timp cu procese de fabricație similare, nepotrivirile pot apărea din celule cu surse necunoscute sau diferențe semnificative de fabricație.
Echilibrare activă vs. Echilibrare pasivă
1. Scop
Pachetele de baterii constau din multe celule conectate în serie, care este puțin probabil să fie identice. Echilibrarea asigură că abaterile de tensiune ale celulei sunt menținute în intervalele așteptate, menținând utilizarea și controlabilitatea generală, prevenind astfel deteriorarea și prelungind durata de viață a bateriei.
2. Comparație de proiectare
- Echilibrare pasivă: De obicei, descarcă celulele de tensiune mai mare folosind rezistențe, transformând excesul de energie în căldură. Această metodă extinde timpul de încărcare pentru alte celule, dar are o eficiență mai mică.
- Active Balancing: O tehnică complexă care redistribuie încărcarea în celule în timpul ciclurilor de încărcare și descărcare, reducând timpul de încărcare și prelungind durata de descărcare. În general, utilizează strategii de echilibrare inferioară în timpul descărcării și strategii de echilibrare superioară în timpul încărcării.
- Comparație pro și contra: Echilibrarea pasivă este mai simplă și mai ieftină, dar mai puțin eficientă, deoarece risipește energie sub formă de căldură și are efecte de echilibrare mai lente. Echilibrarea activă este mai eficientă, transferând energie între celule, ceea ce îmbunătățește eficiența generală a utilizării și atinge echilibrul mai rapid. Cu toate acestea, implică structuri complexe și costuri mai mari, cu provocări în integrarea acestor sisteme în IC-uri dedicate.
Concluzie
Conceptul de BMS a fost dezvoltat inițial în străinătate, cu proiectele IC timpurii concentrându-se pe detectarea tensiunii și a temperaturii. Conceptul de echilibrare a fost introdus ulterior, inițial folosind metode de descărcare rezistivă integrate în circuite integrate. Această abordare este acum larg răspândită, companii precum TI, MAXIM și LINEAR producând astfel de cipuri, unele integrând drivere de comutare în cipuri.
Din principiile și diagramele de echilibrare pasivă, dacă un pachet de baterii este comparat cu un butoi, celulele sunt ca doagele. Celulele cu energie mai mare sunt scânduri lungi, iar cele cu energie mai mică sunt scânduri scurte. Echilibrarea pasivă doar „scurtează” scândurile lungi, rezultând energie irosită și ineficiențe. Această metodă are limitări, inclusiv disiparea semnificativă a căldurii și efectele lente de echilibrare în pachetele de capacitate mare.
Echilibrarea activă, prin contrast, „umple scândurile scurte”, transferând energia de la celulele cu energie mai mare la cele cu energie mai scăzută, rezultând o eficiență mai mare și o atingere mai rapidă a echilibrului. Cu toate acestea, introduce probleme de complexitate și costuri, cu provocări în proiectarea matricelor de comutatoare și controlul unităților.
Având în vedere compromisurile, echilibrarea pasivă poate fi potrivită pentru celulele cu consistență bună, în timp ce echilibrarea activă este de preferat pentru celulele cu discrepanțe mai mari.
Ora postării: 27-aug-2024
