Lithiové baterie jsou jako motory, které postrádají údržbu; aSystém správy budov (BMS)Bez funkce vyvažování je pouze sběračem dat a nelze jej považovat za systém řízení. Aktivní i pasivní vyvažování si klade za cíl eliminovat nesrovnalosti v bateriovém bloku, ale jejich implementační principy se zásadně liší.
Pro srozumitelnost tento článek definuje vyvažování iniciované systémem BMS pomocí algoritmů jako aktivní vyvažování, zatímco vyvažování, které využívá rezistory k rozptylu energie, se nazývá pasivní vyvažování. Aktivní vyvažování zahrnuje přenos energie, zatímco pasivní vyvažování zahrnuje rozptyl energie.
Základní principy návrhu bateriových bloků
- Nabíjení musí být ukončeno, jakmile je první článek plně nabitý.
- Vybíjení musí být ukončeno, jakmile je první článek vybitý.
- Slabší buňky stárnou rychleji než silnější buňky.
- - článek s nejslabším nabitím nakonec omezí životnost baterie'využitelná kapacita (nejslabší článek).
- Teplotní gradient systému uvnitř bateriového bloku oslabuje články pracující při vyšších průměrných teplotách.
- Bez vyvážení se rozdíl napětí mezi nejslabšími a nejsilnějšími články s každým cyklem nabíjení a vybíjení zvyšuje. Nakonec se jeden článek přiblíží maximálnímu napětí, zatímco jiný minimálnímu, což omezí nabíjecí a vybíjecí schopnosti baterie.
Vzhledem k nesouladu článků v průběhu času a měnícím se teplotním podmínkám v důsledku instalace je vyvážení článků nezbytné.
Lithium-iontové baterie se potýkají primárně se dvěma typy nesouladu: nesouladem při nabíjení a nesouladem při kapacitě. K nesouladu při nabíjení dochází, když se články se stejnou kapacitou postupně liší v nabíjení. K nesouladu při kapacitě dochází, když se společně používají články s různými počátečními kapacitami. Ačkoli se články obecně dobře shodují, pokud jsou vyrobeny přibližně ve stejnou dobu podobnými výrobními procesy, nesoulad může vzniknout u článků z neznámých zdrojů nebo s významnými výrobními rozdíly.
Aktivní vyvažování vs. pasivní vyvažování
1. Účel
Bateriové bloky se skládají z mnoha sériově zapojených článků, které pravděpodobně nebudou identické. Vyvažování zajišťuje, že odchylky napětí článků zůstanou v očekávaném rozsahu, čímž se zachovává celková použitelnost a ovladatelnost, čímž se předchází poškození a prodlužuje se životnost baterie.
2. Porovnání designu
- Pasivní vyvažování: Obvykle vybíjí články s vyšším napětím pomocí rezistorů, čímž přeměňuje přebytečnou energii na teplo. Tato metoda prodlužuje dobu nabíjení ostatních článků, ale má nižší účinnost.
- Aktivní vyvažování: Komplexní technika, která přerozděluje náboj v článcích během nabíjecích a vybíjecích cyklů, čímž zkracuje dobu nabíjení a prodlužuje dobu vybíjení. Obecně využívá strategie vyvažování spodní části článků během vybíjení a strategie vyvažování horní části článků během nabíjení.
- Porovnání výhod a nevýhod: Pasivní vyvažování je jednodušší a levnější, ale méně efektivní, protože plýtvá energií ve formě tepla a má pomalejší vyvažovací účinky. Aktivní vyvažování je efektivnější, přenáší energii mezi články, což zlepšuje celkovou efektivitu využití a dosahuje vyvažování rychleji. Zahrnuje však složité struktury a vyšší náklady, s obtížemi spojenými s integrací těchto systémů do specializovaných integrovaných obvodů.
Závěr
Koncept BMS byl původně vyvinut v zahraničí, přičemž první návrhy integrovaných obvodů se zaměřovaly na detekci napětí a teploty. Koncept vyvažování byl zaveden později, zpočátku s využitím metod odporového vybíjení integrovaných do integrovaných obvodů. Tento přístup je nyní rozšířený a společnosti jako TI, MAXIM a LINEAR vyrábějí takové čipy, některé z nich do čipů integrují ovladače spínačů.
Z principů a diagramů pasivního vyvažování vyplývá, že pokud porovnáme bateriový blok s barelem, články jsou jako tyče. Články s vyšší energií jsou dlouhé desky a články s nižší energií jsou krátké desky. Pasivní vyvažování pouze „zkracuje“ dlouhé desky, což vede k plýtvání energií a neefektivitě. Tato metoda má svá omezení, včetně významného odvodu tepla a pomalého vyvažování u baterií s velkou kapacitou.
Aktivní vyvažování naopak „vyplňuje krátké prkna“ a přenáší energii z článků s vyšší energií do článků s nižší energií, což vede k vyšší účinnosti a rychlejšímu dosažení vyvážení. Zavádí však složitost a náklady, včetně problémů s návrhem spínacích matic a řízením pohonů.
Vzhledem k daným kompromisům může být pasivní vyvažování vhodné pro buňky s dobrou konzistencí, zatímco aktivní vyvažování je vhodnější pro buňky s většími odchylkami.
Čas zveřejnění: 27. srpna 2024
