Литиевые аккумуляторные батареи подобны двигателям, которые не требуют обслуживания; аБМСбез балансирующей функции является просто сборщиком данных и не может считаться системой управления. Как активная, так и пассивная балансировка направлена на устранение несоответствий внутри аккумуляторной батареи, но принципы их реализации принципиально различны.
Для ясности, в этой статье балансировка, инициируемая BMS с помощью алгоритмов, определяется как активная балансировка, а балансировка, в которой используются резисторы для рассеивания энергии, называется пассивной балансировкой. Активная балансировка предполагает передачу энергии, тогда как пассивная балансировка предполагает ее рассеивание.
Основные принципы проектирования аккумуляторных батарей
- Зарядка должна прекратиться, когда первый элемент будет полностью заряжен.
- Разрядка должна прекратиться, когда будет исчерпана первая ячейка.
- Более слабые клетки стареют быстрее, чем более сильные.
- -элемент с самым слабым зарядом в конечном итоге ограничит работу аккумуляторной батареи'полезная мощность (самое слабое звено).
- Градиент температуры системы внутри аккумуляторной батареи ослабляет элементы, работающие при более высоких средних температурах.
- Без балансировки разница напряжений между самыми слабыми и самыми сильными элементами увеличивается с каждым циклом зарядки и разрядки. В конце концов, напряжение одного элемента приближается к максимальному, а напряжение другого приближается к минимальному, что затрудняет возможности зарядки и разрядки аккумулятора.
Из-за несоответствия ячеек с течением времени и изменения температурных условий с момента установки балансировка ячеек имеет важное значение.
Литий-ионные аккумуляторы в основном сталкиваются с двумя типами несоответствия: несоответствием зарядки и несоответствием емкости. Несоответствие заряда возникает, когда элементы одинаковой емкости постепенно различаются по заряду. Несоответствие емкости происходит, когда вместе используются ячейки с разной начальной емкостью. Хотя клетки, как правило, хорошо совместимы, если они производятся примерно в одно и то же время с использованием схожих производственных процессов, несоответствия могут возникать в случае клеток из неизвестных источников или значительных производственных различий.
Активная балансировка против пассивной балансировки
1. Цель
Аккумуляторные блоки состоят из множества последовательно соединенных ячеек, которые вряд ли могут быть идентичными. Балансировка гарантирует, что отклонения напряжения элементов сохраняются в ожидаемых пределах, обеспечивая общее удобство использования и управляемость, тем самым предотвращая повреждения и продлевая срок службы батареи.
2. Сравнение проектов
- Пассивная балансировка: обычно разряжает элементы с более высоким напряжением с помощью резисторов, преобразуя избыточную энергию в тепло. Этот метод увеличивает время зарядки других ячеек, но имеет меньшую эффективность.
- Активная балансировка: сложный метод, который перераспределяет заряд внутри элементов во время циклов зарядки и разрядки, сокращая время зарядки и продлевая продолжительность разрядки. Обычно он использует стратегии нижней балансировки во время разгрузки и стратегии верхней балансировки во время зарядки.
- Сравнение плюсов и минусов: Пассивная балансировка проще и дешевле, но менее эффективна, поскольку она тратит энергию в виде тепла и оказывает более медленный эффект балансировки. Активная балансировка более эффективна, передавая энергию между ячейками, что повышает общую эффективность использования и быстрее обеспечивает баланс. Однако это связано со сложными структурами и более высокими затратами, а также с проблемами интеграции этих систем в специализированные микросхемы.
Заключение
Концепция BMS изначально была разработана за рубежом, при этом ранние разработки ИС были ориентированы на определение напряжения и температуры. Позднее была введена концепция балансировки, первоначально с использованием методов резистивного разряда, интегрированных в ИС. Этот подход сейчас широко распространен: такие чипы производят такие компании, как TI, MAXIM и LINEAR, причем некоторые из них интегрируют в чипы драйверы переключателей.
Судя по принципам и диаграммам пассивной балансировки, если аккумуляторную батарею сравнивать с бочкой, то элементы подобны посохам. Клетки с более высокой энергией представляют собой длинные доски, а клетки с более низкой энергией — короткие доски. Пассивная балансировка только «укорачивает» длинные доски, что приводит к напрасной трате энергии и снижению эффективности. Этот метод имеет ограничения, в том числе значительное рассеивание тепла и медленный эффект балансировки в блоках большой емкости.
Активное балансирование, напротив, «заполняет короткие доски», передавая энергию от клеток с более высокой энергией к клеткам с более низкой энергией, что приводит к более высокой эффективности и более быстрому достижению баланса. Однако это порождает проблемы сложности и стоимости, а также проблемы проектирования матриц переключателей и управления приводами.
Учитывая компромиссы, пассивная балансировка может подойти для ячеек с хорошей согласованностью, тогда как активная балансировка предпочтительна для ячеек с большими расхождениями.
Время публикации: 27 августа 2024 г.
