Zestawy akumulatorów litowych są jak silniki, które nie wymagają konserwacji; ABMSbez funkcji równoważącej jest jedynie modułem gromadzącym dane i nie można go uważać za system zarządzania. Zarówno aktywne, jak i pasywne równoważenie mają na celu wyeliminowanie niespójności w zestawie akumulatorów, ale zasady ich wdrażania są zasadniczo różne.
Dla przejrzystości w artykule zdefiniowano równoważenie inicjowane przez BMS za pomocą algorytmów jako równoważenie aktywne, natomiast równoważenie wykorzystujące rezystory do rozpraszania energii nazywane jest równoważeniem pasywnym. Aktywne równoważenie obejmuje transfer energii, podczas gdy równoważenie pasywne obejmuje rozpraszanie energii.
Podstawowe zasady projektowania akumulatorów
- Ładowanie musi się zakończyć, gdy pierwsze ogniwo zostanie w pełni naładowane.
- Rozładowywanie musi zakończyć się w momencie wyczerpania się pierwszego ogniwa.
- Słabsze komórki starzeją się szybciej niż silniejsze komórki.
- -ogniwo o najsłabszym ładunku ostatecznie ograniczy pakiet baterii'pojemność użytkowa (najsłabsze ogniwo).
- Gradient temperatury systemu w zestawie akumulatorów powoduje, że ogniwa pracujące w wyższych średnich temperaturach są słabsze.
- Bez równoważenia różnica napięcia pomiędzy najsłabszymi i najsilniejszymi ogniwami wzrasta z każdym cyklem ładowania i rozładowania. W końcu jedno ogniwo osiągnie napięcie maksymalne, a drugie zbliży się do napięcia minimalnego, utrudniając ładowanie i rozładowywanie pakietu.
Ze względu na niedopasowanie ogniw w czasie i zmieniające się warunki temperaturowe podczas instalacji, niezbędne jest zrównoważenie ogniw.
Akumulatory litowo-jonowe napotykają przede wszystkim dwa rodzaje niedopasowań: niedopasowanie ładowania i niedopasowanie pojemności. Niedopasowanie ładowania ma miejsce, gdy ogniwa o tej samej pojemności stopniowo różnią się ładunkiem. Niedopasowanie pojemności ma miejsce, gdy używane są razem ogniwa o różnych pojemnościach początkowych. Chociaż ogniwa są na ogół dobrze dopasowane, jeśli są produkowane mniej więcej w tym samym czasie przy zastosowaniu podobnych procesów produkcyjnych, niedopasowania mogą wynikać z ogniw o nieznanych źródłach lub znacznych różnicach produkcyjnych.
Aktywne równoważenie a równoważenie pasywne
1. Cel
Zestawy akumulatorów składają się z wielu połączonych szeregowo ogniw, które prawdopodobnie nie będą identyczne. Równoważenie zapewnia utrzymanie odchyleń napięcia ogniwa w oczekiwanych zakresach, utrzymując ogólną użyteczność i sterowalność, zapobiegając w ten sposób uszkodzeniom i wydłużając żywotność baterii.
2. Porównanie projektów
- Równoważenie pasywne: Zwykle rozładowuje ogniwa o wyższym napięciu za pomocą rezystorów, przekształcając 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 rozładowywania, skracając czas ładowania i wydłużając czas rozładowywania. Zwykle wykorzystuje strategie równoważenia dolnego podczas rozładowywania i strategie równoważenia górnego podczas ładowania.
- Porównanie zalet i wad: Równoważenie pasywne jest prostsze i tańsze, ale mniej wydajne, ponieważ marnuje energię w postaci ciepła i powoduje wolniejsze efekty równoważenia. Aktywne równoważenie jest bardziej efektywne, przenosząc energię pomiędzy ogniwami, co poprawia ogólną efektywność użytkowania i szybciej osiąga równowagę. Wiąże się to jednak ze złożonymi strukturami i wyższymi kosztami, a także wyzwaniami związanymi z integracją tych systemów w dedykowane układy scalone.
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 wyładowań rezystancyjnych zintegrowane z układami scalonymi. To podejście jest obecnie szeroko rozpowszechnione, a firmy takie jak TI, MAXIM i LINEAR produkują takie chipy, a niektóre integrują sterowniki przełączników z chipami.
Z zasad i schematów równoważenia pasywnego wynika, że jeśli zestaw akumulatorów porówna się do beczki, ogniwa przypominają klepki. Komórki o wyższej energii to długie deski, a te o niższej energii to krótkie deski. Wyważanie pasywne jedynie „skraca” długie deski, co powoduje marnowanie energii i nieefektywność. Metoda ta ma ograniczenia, w tym znaczne rozpraszanie ciepła i powolne efekty równoważenia w pakietach o dużej pojemności.
Natomiast aktywne równoważenie „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 związane ze złożonością i kosztami, a także wyzwania związane z projektowaniem macierzy przełączników i sterowaniem napędami.
Biorąc pod uwagę kompromisy, równoważenie pasywne może być odpowiednie dla ogniw o dobrej konsystencji, podczas gdy równoważenie aktywne jest preferowane w przypadku ogniw o większych rozbieżnościach.
Czas publikacji: 27 sierpnia 2024 r
