Литиевые аккумуляторные батареи подобны двигателям, не требующим технического обслуживания.БМСбез функции балансировки является всего лишь сборщиком данных и не может считаться системой управления. Как активная, так и пассивная балансировка направлены на устранение несоответствий в аккумуляторной батарее, но принципы их реализации принципиально различны.
Для ясности, в этой статье балансировка, инициированная BMS через алгоритмы, определяется как активная балансировка, в то время как балансировка, использующая резисторы для рассеивания энергии, называется пассивной балансировкой. Активная балансировка подразумевает передачу энергии, тогда как пассивная балансировка подразумевает рассеивание энергии.
Основные принципы проектирования аккумуляторных батарей
- Зарядку необходимо прекратить, когда первая ячейка полностью зарядится.
- Разрядку необходимо прекратить, когда разрядится первая ячейка.
- Более слабые клетки стареют быстрее, чем более сильные.
- - элемент с самым слабым зарядом в конечном итоге ограничит емкость аккумуляторной батареи's полезная емкость (самое слабое звено).
- Градиент температуры внутри аккумуляторной батареи ослабляет элементы, работающие при более высоких средних температурах.
- Без балансировки разница напряжений между самыми слабыми и самыми сильными ячейками увеличивается с каждым циклом зарядки и разрядки. В конце концов, одна ячейка приблизится к максимальному напряжению, а другая — к минимальному, что затрудняет зарядку и разрядку батареи.
Из-за несоответствия ячеек с течением времени и меняющихся температурных условий в процессе установки балансировка ячеек имеет важное значение.
Литий-ионные аккумуляторы в основном сталкиваются с двумя типами несоответствия: несоответствие заряда и несоответствие емкости. Несоответствие заряда происходит, когда ячейки одинаковой емкости постепенно различаются по заряду. Несоответствие емкости происходит, когда ячейки с разной начальной емкостью используются вместе. Хотя ячейки, как правило, хорошо соответствуют друг другу, если они производятся примерно в одно и то же время с использованием схожих производственных процессов, несоответствия могут возникать из-за ячеек с неизвестным происхождением или существенных производственных различий.
Активная балансировка против пассивной балансировки
1. Цель
Аккумуляторные батареи состоят из множества последовательно соединенных ячеек, которые вряд ли будут идентичными. Балансировка гарантирует, что отклонения напряжения ячеек будут оставаться в ожидаемых пределах, поддерживая общую пригодность и управляемость, тем самым предотвращая повреждения и продлевая срок службы батареи.
2. Сравнение конструкций
- Пассивная балансировка: Обычно разряжает ячейки с более высоким напряжением с помощью резисторов, преобразуя избыточную энергию в тепло. Этот метод увеличивает время зарядки других ячеек, но имеет более низкую эффективность.
- Активная балансировка: сложная техника, которая перераспределяет заряд внутри ячеек во время циклов заряда и разряда, сокращая время зарядки и увеличивая продолжительность разряда. Обычно она использует стратегии нижней балансировки во время разряда и стратегии верхней балансировки во время зарядки.
- Сравнение плюсов и минусов: Пассивная балансировка проще и дешевле, но менее эффективна, поскольку расходует энергию в виде тепла и имеет более медленный эффект балансировки. Активная балансировка более эффективна, передавая энергию между ячейками, что повышает общую эффективность использования и быстрее достигает баланса. Однако она подразумевает сложные структуры и более высокие затраты, а также проблемы с интеграцией этих систем в специализированные ИС.
Заключение
Концепция BMS изначально была разработана за рубежом, и ранние разработки ИС были сосредоточены на определении напряжения и температуры. Позднее была введена концепция балансировки, изначально с использованием методов резистивного разряда, интегрированных в ИС. Этот подход сейчас широко распространен, и такие компании, как TI, MAXIM и LINEAR, производят такие чипы, некоторые из которых интегрируют драйверы переключателей в чипы.
Из принципов и диаграмм пассивной балансировки, если сравнить аккумуляторную батарею с бочкой, то ячейки будут подобны клепкам. Ячейки с более высокой энергией — длинные доски, а с более низкой — короткие доски. Пассивная балансировка только «укорачивает» длинные доски, что приводит к потере энергии и неэффективности. Этот метод имеет ограничения, включая значительное рассеивание тепла и медленные эффекты балансировки в пакетах большой емкости.
Активная балансировка, напротив, «заполняет короткие планки», перенося энергию из ячеек с более высокой энергией в ячейки с более низкой энергией, что приводит к повышению эффективности и более быстрому достижению баланса. Однако она вносит проблемы сложности и стоимости, связанные с проблемами проектирования матриц переключателей и управления приводами.
Учитывая компромиссы, пассивная балансировка может быть подходящей для ячеек с хорошей согласованностью, в то время как активная балансировка предпочтительнее для ячеек с большими расхождениями.
Время публикации: 27-авг-2024
