Pachetele de baterii cu litiu sunt ca niște motoare cărora le lipsește întreținerea; aBMSO baterie fără funcție de echilibrare este doar un colector de date și nu poate fi considerată un sistem de management. Atât echilibrarea activă, cât și cea pasivă vizează eliminarea inconsecvențelor dintr-un 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 disiparea energiei este denumită echilibrare pasivă. Echilibrarea activă implică transferul de energie, în timp ce echilibrarea pasivă implică disiparea energiei.
Principii de bază ale proiectării pachetelor de baterii
- Încărcarea trebuie să se oprească atunci când prima celulă este complet încărcată.
- Descărcarea trebuie să se termine când prima celulă se epuizează.
- Celulele mai slabe îmbătrânesc mai repede decât celulele mai puternice.
- -celula cu cea mai slabă încărcare va limita în cele din urmă bateria„capacitatea utilizabilă (veriga cea mai slabă).
- Gradientul de temperatură al sistemului din interiorul pachetului de baterii face ca celulele care funcționează la temperaturi medii mai ridicate să fie 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 o alta se va apropia de tensiunea minimă, împiedicând capacitățile de încărcare și descărcare ale acumulatorului.
Din cauza nepotrivirii celulelor în timp și a condițiilor variabile de temperatură de la instalare, echilibrarea celulelor este esențială.
Bateriile litiu-ion se confruntă în principal cu două tipuri de nepotriviri: nepotrivirea de încărcare și nepotrivirea de capacitate. Nepotrivirea de încărcare apare atunci când celulele de aceeași capacitate diferă treptat în ceea ce privește încărcarea. Nepotrivirea de capacitate apare atunci când celule cu capacități inițiale diferite sunt utilizate împreună. Deși celulele sunt în general bine adaptate dacă sunt produse cam în aceeași perioadă cu procese de fabricație similare, nepotrivirile pot apărea din cauza celulelor cu surse necunoscute sau cu diferențe semnificative de fabricație.
Echilibrare activă vs. echilibrare pasivă
1. Scop
Pachetele de baterii sunt alcătuite din mai multe celule conectate în serie, care este puțin probabil să fie identice. Echilibrarea asigură că abaterile de tensiune ale celulelor sunt menținute în intervalele așteptate, menținând utilizabilitatea și controlabilitatea generală, prevenind astfel deteriorarea și prelungind durata de viață a bateriei.
2. Compararea designului
- Echilibrare pasivă: De obicei, descarcă celulele de tensiune mai mare folosind rezistențe, transformând excesul de energie în căldură. Această metodă prelungește timpul de încărcare pentru alte celule, dar are o eficiență mai mică.
- Echilibrare activă: O tehnică complexă care redistribuie sarcina în celule în timpul ciclurilor de încărcare și descărcare, reducând timpul de încărcare și prelungind durata descărcării. În general, folosește strategii de echilibrare inferioară în timpul descărcării și strategii de echilibrare superioară în timpul încărcării.
- Comparație avantaje și dezavantaje: 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 de utilizare și atinge echilibrul mai rapid. Cu toate acestea, implică structuri complexe și costuri mai mari, cu provocări în integrarea acestor sisteme în circuite integrate dedicate.
Concluzie
Conceptul de BMS a fost dezvoltat inițial în străinătate, primele proiecte de circuite integrate concentrându-se pe detectarea tensiunii și 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.
Conform principiilor și diagramelor de echilibrare pasivă, dacă un pachet de baterii este comparat cu un butoi, celulele sunt ca niște doage. Celulele cu energie mai mare sunt scânduri lungi, iar cele cu energie mai mică sunt scânduri scurte. Echilibrarea pasivă doar „scurtează” scândurile lungi, rezultând în risipă de energie și ineficiențe. Această metodă are limitări, inclusiv disiparea semnificativă a căldurii și efectele de echilibrare lentă în pachetele de capacitate mare.
Echilibrarea activă, prin contrast, „umple zonele scurte”, transferând energia de la celulele cu energie mai mare la cele cu energie mai mică, 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 comutare și controlul acționărilor.
Având în vedere compromisurile, echilibrarea pasivă poate fi potrivită pentru celulele cu o bună consistență, în timp ce echilibrarea activă este preferabilă pentru celulele cu discrepanțe mai mari.
Data publicării: 27 august 2024
