Lithiové baterie jsou jako motory, které postrádají údržbu; ABMSbez vyrovnávací funkce je pouze sběračem dat a nelze jej považovat za systém řízení. Aktivní i pasivní vyvažování má za cíl eliminovat nekonzistence v rámci bateriového bloku, ale principy jejich implementace jsou zásadně odlišné.
Pro srozumitelnost tento článek definuje vyvažování iniciované BMS pomocí algoritmů jako aktivní vyvažování, zatímco vyvažování, které využívá rezistory k rozptýlení energie, se nazývá pasivní vyvažování. Aktivní vyvažování zahrnuje přenos energie, zatímco pasivní vyvažování zahrnuje rozptyl energie.
Základní principy návrhu baterie
- Nabíjení se musí zastavit, když je první článek plně nabitý.
- Vybíjení musí skončit, když je první článek vyčerpán.
- Slabší buňky stárnou rychleji než buňky silnější.
- -článek s nejslabším nabitím nakonec omezí baterii's využitelná kapacita (nejslabší článek).
- Teplotní gradient systému uvnitř bateriové sady způsobuje, že články pracující při vyšších průměrných teplotách jsou slabší.
- Bez vyvažování se s každým nabíjecím a vybíjecím cyklem zvyšuje rozdíl napětí mezi nejslabším a nejsilnějším článkem. Nakonec se jeden článek přiblíží maximálnímu napětí, zatímco jiný se přiblíží minimálnímu napětí, což omezí schopnost nabíjení a vybíjení baterie.
Vzhledem k nesouladu článků v průběhu času a měnícím se teplotním podmínkám od instalace je vyvážení článků zásadní.
Lithium-iontové baterie primárně čelí dvěma typům nesouladu: nesouladu nabíjení a nesouladu kapacity. K nesouladu nabíjení dochází, když se články o stejné kapacitě postupně liší v nabití. K nesouladu kapacity dochází, když jsou společně použity buňky s různými počátečními kapacitami. Ačkoli buňky jsou obecně dobře spárované, pokud jsou vyrobeny přibližně ve stejnou dobu s podobnými výrobními procesy, může dojít k neshodám z buněk s neznámými zdroji nebo významnými výrobními rozdíly.
Aktivní vyvažování vs. pasivní vyvažování
1. Účel
Baterie se skládají z mnoha sériově zapojených článků, u kterých je nepravděpodobné, že by byly identické. Vyvážení zajišťuje, že odchylky napětí článků jsou udržovány v očekávaných mezích, zachovává celkovou použitelnost a ovladatelnost, čímž zabraňuje poškození a prodlužuje životnost baterie.
2. Porovnání designu
- Pasivní vyvažování: Typicky vybíjí články s vyšším napětím pomocí rezistorů a přeměňuje přebytečnou energii na teplo. Tato metoda prodlužuje dobu nabíjení pro ostatní články, ale má nižší účinnost.
- Aktivní vyvažování: Komplexní technika, která redistribuuje náboj v článcích během nabíjecích a vybíjecích cyklů, zkracuje dobu nabíjení a prodlužuje dobu vybíjení. Obecně využívá strategie spodního vyvažování během vybíjení a strategie horního vyvažování během nabíjení.
- Srovnání pro a proti: Pasivní vyvažování je jednodušší a levnější, ale méně účinné, protože plýtvá energií jako teplo a má pomalejší vyrovnávací účinky. Aktivní vyvažování je efektivnější, přenáší energii mezi články, což zlepšuje celkovou efektivitu využití a rychleji dosahuje rovnováhy. Zahrnuje však složité struktury a vyšší náklady a problémy s integrací těchto systémů do vyhrazených integrovaných obvodů.
Závěr
Koncept BMS byl původně vyvinut v zahraničí, přičemž rané návrhy IC se zaměřovaly na detekci napětí a teploty. Později byl představen koncept vyvažování, zpočátku s použitím odporových metod vybíjení integrovaných do integrovaných obvodů. Tento přístup je nyní rozšířený, přičemž společnosti jako TI, MAXIM a LINEAR vyrábějí takové čipy, některé integrují ovladače přepínačů do čipů.
Z principů a schémat pasivního vyvažování vyplývá, že pokud je bateriová sada přirovnána k barelu, jsou články jako tyče. Buňky s vyšší energií jsou dlouhá prkna a buňky s nižší energií jsou krátká prkna. Pasivní vyvažování pouze „zkracuje“ dlouhá prkna, což vede k plýtvání energií a neefektivitě. Tato metoda má omezení, včetně značného rozptylu tepla a pomalého vyvažování u velkokapacitních balení.
Aktivní vyvažování naopak „vyplňuje krátká prkna“, přenáší energii z článků s vyšší energií do článků s nižší energií, což vede k vyšší účinnosti a rychlejšímu dosažení rovnováhy. Přináší však problémy se složitostí a cenou, s problémy při navrhování matic přepínačů a řízení pohonů.
Vzhledem k těmto kompromisům může být pasivní vyvažování vhodné pro buňky s dobrou konzistencí, zatímco aktivní vyvažování je vhodnější pro buňky s většími nesrovnalostmi.
Čas odeslání: 27. srpna 2024
