Akumulatory litowe są jak silniki, które nie wymagają konserwacji;BMSbez funkcji równoważenia jest jedynie zbieraczem danych i nie może być uważany za system zarządzania. Zarówno aktywne, jak i pasywne równoważenie mają na celu wyeliminowanie niespójności w pakiecie baterii, ale zasady ich wdrażania są zasadniczo różne.
Dla jasności, w tym artykule równoważenie zainicjowane przez BMS za pomocą algorytmów jest definiowane jako aktywne równoważenie, podczas gdy równoważenie, które wykorzystuje rezystory do rozpraszania energii, jest określane jako pasywne równoważenie. Aktywne równoważenie obejmuje transfer energii, podczas gdy pasywne równoważenie obejmuje rozpraszanie energii.
Podstawowe zasady projektowania akumulatorów
- Ładowanie należy przerwać po pełnym naładowaniu pierwszego ogniwa.
- Rozładowywanie musi się zakończyć po wyczerpaniu się pierwszego ogniwa.
- Słabsze komórki starzeją się szybciej niż silniejsze.
- - ogniwo o najsłabszym ładunku ostatecznie ograniczy zestaw baterii'użyteczna pojemność (najsłabsze ogniwo).
- Gradient temperatury wewnątrz akumulatora powoduje, że ogniwa pracujące w wyższych średnich temperaturach są słabsze.
- Bez równoważenia różnica napięcia między najsłabszymi i najsilniejszymi ogniwami wzrasta z każdym cyklem ładowania i rozładowania. Ostatecznie jedno ogniwo zbliży się do maksymalnego napięcia, podczas gdy inne zbliży się do minimalnego, co utrudni ładowanie i rozładowywanie akumulatora.
Ze względu na niedopasowanie ogniw na przestrzeni czasu i zmienne warunki temperaturowe wynikające z instalacji, niezbędne jest wyważenie ogniw.
Akumulatory litowo-jonowe są zasadniczo narażone na dwa rodzaje niedopasowania: niedopasowanie ładowania i niedopasowanie pojemności. Niedopasowanie ładowania występuje, gdy ogniwa o tej samej pojemności stopniowo różnią się pod względem ładunku. Niedopasowanie pojemności występuje, gdy ogniwa o różnych pojemnościach początkowych są używane razem. Chociaż ogniwa są na ogół dobrze dopasowane, jeśli są produkowane w tym samym czasie przy użyciu podobnych procesów produkcyjnych, niedopasowania mogą wynikać z ogniw o nieznanych źródłach lub znacznych różnicach produkcyjnych.
Aktywne równoważenie kontra pasywne równoważenie
1. Cel
Zestawy baterii składają się z wielu połączonych szeregowo ogniw, które raczej nie są identyczne. Wyważanie zapewnia, że odchylenia napięcia ogniwa są utrzymywane w oczekiwanych zakresach, utrzymując ogólną użyteczność i sterowalność, zapobiegając w ten sposób uszkodzeniom i wydłużając żywotność baterii.
2. Porównanie projektów
- Wyważanie pasywne: Zwykle rozładowuje ogniwa o wyższym napięciu za pomocą rezystorów, zamieniając nadmiar energii w ciepło. Ta metoda wydłuża czas ładowania innych ogniw, ale ma niższą wydajność.
- Aktywne równoważenie: Złożona technika, która redystrybuuje ładunek w ogniwach podczas cykli ładowania i rozładowania, skracając czas ładowania i wydłużając czas rozładowania. Zazwyczaj stosuje strategie równoważenia dolnego podczas rozładowania i strategie równoważenia górnego podczas ładowania.
- Porównanie zalet i wad: Pasywne równoważenie jest prostsze i tańsze, ale mniej efektywne, ponieważ traci energię w postaci ciepła i ma wolniejszy efekt równoważenia. Aktywne równoważenie jest bardziej wydajne, przenosząc energię między ogniwami, co poprawia ogólną wydajność użytkowania i szybciej osiąga równowagę. Jednak wiąże się ze złożonymi strukturami i wyższymi kosztami, a także wyzwaniami w zakresie integracji tych systemów w dedykowanych układach scalonych.
Wniosek
Koncepcja BMS została początkowo opracowana za granicą, a wczesne projekty układów scalonych skupiały się na wykrywaniu napięcia i temperatury. Później wprowadzono koncepcję równoważenia, początkowo wykorzystując metody rozładowania rezystancyjnego zintegrowane z układami scalonymi. To podejście jest obecnie szeroko rozpowszechnione, a firmy takie jak TI, MAXIM i LINEAR produkują takie układy scalone, a niektóre z nich integrują sterowniki przełączników z układami scalonymi.
Zgodnie z zasadami i diagramami pasywnego wyważania, jeśli zestaw baterii porównamy do beczki, ogniwa są jak klepki. Ogniwa o wyższej energii to długie deski, a te o niższej energii to krótkie deski. Pasywne wyważanie tylko „skraca” długie deski, co skutkuje marnotrawstwem energii i nieefektywnością. Ta metoda ma ograniczenia, w tym znaczne rozpraszanie ciepła i powolne efekty wyważania w zestawach o dużej pojemności.
Aktywne wyważanie, przeciwnie, „wypełnia krótkie deski”, przenosząc energię z ogniw o wyższej energii do ogniw o niższej energii, co skutkuje wyższą wydajnością i szybszym osiągnięciem równowagi. Wprowadza jednak problemy ze złożonością i kosztami, z wyzwaniami w projektowaniu macierzy przełączników i sterowaniu napędami.
Biorąc pod uwagę kompromisy, pasywne równoważenie może być odpowiednie dla ogniw o dobrej spójności, natomiast aktywne równoważenie jest lepszym rozwiązaniem w przypadku ogniw o większych rozbieżnościach.
Czas publikacji: 27-08-2024
