Litium-akut ovat kuin moottoreita, jotka eivät ole kunnossa; aBMSilman tasapainotustoimintoa on vain tiedonkeruu, eikä sitä voida pitää hallintajärjestelmänä. Sekä aktiivisella että passiivisella tasapainotuksella pyritään eliminoimaan epäjohdonmukaisuuksia akun sisällä, mutta niiden toteutusperiaatteet ovat olennaisesti erilaiset.
Selvyyden vuoksi tässä artikkelissa määritellään BMS:n algoritmien avulla käynnistämä tasapainotus aktiiviseksi tasapainotukseksi, kun taas tasapainotusta, joka käyttää vastuksia energian hajauttamiseen, kutsutaan passiiviseksi tasapainotukseksi. Aktiiviseen tasapainotukseen liittyy energian siirtoa, kun taas passiivinen tasapainottaminen sisältää energian hajauttamisen.
Akun suunnittelun perusperiaatteet
- Lataamisen on lopetettava, kun ensimmäinen kenno on latautunut täyteen.
- Purkamisen on lopetettava, kun ensimmäinen kenno on tyhjentynyt.
- Heikommat solut vanhenevat nopeammin kuin vahvemmat solut.
- -heikoimman varauksen omaava kenno rajoittaa viime kädessä akkua's käytettävissä oleva kapasiteetti (heikoin lenkki).
- Järjestelmän lämpötilagradientti akun sisällä heikentää korkeammissa keskilämpötiloissa toimivia kennoja.
- Ilman tasapainotusta heikoimpien ja vahvimpien kennojen välinen jännite-ero kasvaa jokaisella lataus- ja purkausjaksolla. Lopulta yksi kenno lähestyy maksimijännitettä, kun taas toinen lähestyy minimijännitettä, mikä estää pakkauksen lataus- ja purkuominaisuudet.
Kennojen epäsopivuus ajan myötä ja lämpötilaolosuhteet vaihtelevat asennuksesta lähtien, kennojen tasapainottaminen on välttämätöntä.
Litiumioniakut kohtaavat ensisijaisesti kahden tyyppisiä yhteensopimattomuuksia: latauksen ja kapasiteetin epäsopivuus. Latausvirhe tapahtuu, kun saman kapasiteetin solujen varaus eroaa vähitellen. Kapasiteetin yhteensopimattomuus tapahtuu, kun soluja, joilla on eri alkukapasiteetti, käytetään yhdessä. Vaikka solut ovat yleensä hyvin yhteensopivia, jos ne tuotetaan suunnilleen samaan aikaan samanlaisilla valmistusprosesseilla, yhteensopimattomuuksia voi syntyä soluista, joiden lähteet ovat tuntemattomia, tai merkittävistä valmistuseroista.
Aktiivinen tasapainotus vs. passiivinen tasapainotus
1. Tarkoitus
Akut koostuvat useista sarjaan kytketyistä kennoista, jotka eivät todennäköisesti ole identtisiä. Tasapainotus varmistaa, että kennojen jännitepoikkeamat pysyvät odotetuilla alueilla, mikä ylläpitää yleistä käytettävyyttä ja hallittavuutta, mikä estää vaurioita ja pidentää akun käyttöikää.
2. Suunnittelun vertailu
- Passiivinen tasapainotus: Tyypillisesti purkaa korkeajännitteisiä kennoja vastusten avulla, mikä muuntaa ylimääräisen energian lämmöksi. Tämä menetelmä pidentää muiden kennojen latausaikaa, mutta sen hyötysuhde on alhaisempi.
- Aktiivinen tasapainotus: Monimutkainen tekniikka, joka jakaa latauksen uudelleen solujen sisällä lataus- ja purkausjaksojen aikana, mikä lyhentää latausaikaa ja pidentää purkautumisaikaa. Se käyttää yleensä pohjatasapainotusstrategioita purkamisen aikana ja ylätasapainotusstrategioita latauksen aikana.
- Hyödyt ja haitat vertailu: Passiivinen tasapainotus on yksinkertaisempaa ja halvempaa, mutta vähemmän tehokasta, koska se kuluttaa energiaa lämpönä ja sillä on hitaammat tasapainottavat vaikutukset. Aktiivinen tasapainotus on tehokkaampaa siirtämällä energiaa kennojen välillä, mikä parantaa yleistä käyttötehokkuutta ja saavuttaa tasapainon nopeammin. Siihen liittyy kuitenkin monimutkaisia rakenteita ja korkeampia kustannuksia, ja näiden järjestelmien integroiminen erityisiin IC:ihin on haasteellista.
Johtopäätös
BMS-konsepti kehitettiin alun perin ulkomailla, ja varhaiset IC-suunnittelut keskittyivät jännitteen ja lämpötilan havaitsemiseen. Tasapainotuksen käsite otettiin käyttöön myöhemmin, ja alun perin käytettiin IC:iin integroituja resistiivisiä purkausmenetelmiä. Tämä lähestymistapa on nyt laajalle levinnyt, ja yritykset, kuten TI, MAXIM ja LINEAR, tuottavat tällaisia siruja, ja jotkut integroivat kytkinajureita siruihin.
Passiivisten tasapainotusperiaatteiden ja -kaavioiden perusteella, jos akkua verrataan piippuun, kennot ovat kuin sauvat. Solut, joilla on korkeampi energia, ovat pitkiä lankkuja, ja ne, joilla on pienempi energia, ovat lyhyitä lankkuja. Passiivinen tasapainotus vain "lyhentää" pitkiä lankkuja, mikä johtaa energian hukkaan ja tehottomuuteen. Tällä menetelmällä on rajoituksia, mukaan lukien merkittävä lämmönhajoaminen ja hitaat tasapainotusvaikutukset suurikapasiteettisissa pakkauksissa.
Aktiivinen tasapainotus sitä vastoin "täyttää lyhyitä lankkuja", siirtää energiaa korkeamman energian kennoista alhaisemman energian soluihin, mikä johtaa korkeampaan tehokkuuteen ja nopeampaan tasapainon saavuttamiseen. Se tuo kuitenkin mukanaan monimutkaisuus- ja kustannusongelmia sekä haasteita kytkinmatriisien suunnittelussa ja asemien ohjauksessa.
Kompromissit huomioon ottaen passiivinen tasapainotus voi sopia soluille, joilla on hyvä konsistenssi, kun taas aktiivinen tasapainotus on parempi soluille, joissa on suurempia eroja.
Postitusaika: 27.8.2024
