A lítium akkumulátorcsomagok olyanok, mint a karbantartást nem igénylő motorok; aBMSkiegyenlítő funkció nélkül csupán adatgyűjtő, és nem tekinthető irányítási rendszernek. Mind az aktív, mind a passzív kiegyensúlyozás célja az akkucsomagon belüli inkonzisztenciák kiküszöbölése, de ezek megvalósítási elvei alapvetően eltérőek.
Az egyértelműség kedvéért ez a cikk a BMS által algoritmusokon keresztül kezdeményezett kiegyensúlyozást aktív kiegyenlítésként határozza meg, míg az ellenállásokat az energia eloszlatására használó kiegyensúlyozást passzív kiegyensúlyozásnak nevezzük. Az aktív kiegyensúlyozás energiaátadást, míg a passzív kiegyensúlyozás energiaelosztást foglal magában.
Az akkumulátorcsomag tervezésének alapelvei
- A töltést le kell állítani, amikor az első cella teljesen feltöltődött.
- A kisütésnek akkor kell véget érnie, amikor az első cella kimerült.
- A gyengébb sejtek gyorsabban öregszenek, mint az erősebbek.
- -A leggyengébb töltöttségű cella végső soron korlátozza az akkumulátort's hasznosítható kapacitása (a leggyengébb láncszem).
- Az akkumulátorcsomagon belüli rendszerhőmérséklet-gradiens gyengíti a magasabb átlagos hőmérsékleten működő cellákat.
- Kiegyenlítés nélkül a leggyengébb és legerősebb cellák közötti feszültségkülönbség minden töltési és kisütési ciklussal nő. Végül az egyik cella megközelíti a maximális feszültséget, a másik pedig a minimális feszültséget, ami akadályozza a csomag töltési és kisütési képességeit.
A cellák időbeli eltérése és a telepítéstől kezdve változó hőmérsékleti feltételek miatt a cella kiegyensúlyozása elengedhetetlen.
A lítium-ion akkumulátorok elsősorban kétféle eltéréssel szembesülnek: a töltési és a kapacitásbeli eltérésekkel. Töltési eltérés akkor fordul elő, ha az azonos kapacitású cellák töltése fokozatosan eltér egymástól. Kapacitási eltérés akkor fordul elő, ha különböző kezdeti kapacitású cellákat használnak együtt. Bár a sejtek általában jól illeszkednek, ha körülbelül egy időben állítják elő őket hasonló gyártási eljárásokkal, eltérések adódhatnak ismeretlen forrású cellákból vagy jelentős gyártási különbségekből.
Aktív egyensúlyozás vs. passzív egyensúlyozás
1. Cél
Az akkumulátorcsomagok sok sorba kapcsolt cellából állnak, amelyek valószínűleg nem azonosak. A kiegyensúlyozás biztosítja, hogy a cellafeszültség eltérései a várt tartományon belül maradjanak, megőrizve az általános használhatóságot és ellenőrizhetőséget, megelőzve ezzel a károsodást és meghosszabbítva az akkumulátor élettartamát.
2. Tervezési összehasonlítás
- Passzív kiegyensúlyozás: Általában a nagyobb feszültségű cellákat ellenállások segítségével kisüti, a felesleges energiát hővé alakítva. Ez a módszer meghosszabbítja más cellák töltési idejét, de alacsonyabb a hatékonysága.
- Aktív kiegyensúlyozás: Egy összetett technika, amely újraelosztja a töltést a cellákon belül a töltési és kisütési ciklusok során, csökkentve a töltési időt és meghosszabbítva a kisütés időtartamát. Általában alsó kiegyensúlyozási stratégiákat alkalmaz kisütéskor és felső kiegyensúlyozási stratégiákat a töltés során.
- Előnyök és hátrányok összehasonlítása: A passzív kiegyensúlyozás egyszerűbb és olcsóbb, de kevésbé hatékony, mivel hőként pazarolja az energiát, és lassabb kiegyenlítő hatása van. Az aktív kiegyensúlyozás hatékonyabb, energiát visz át a cellák között, ami javítja az általános felhasználási hatékonyságot és gyorsabban éri el az egyensúlyt. Ez azonban összetett struktúrákkal és magasabb költségekkel jár, és kihívásokkal jár e rendszerek dedikált IC-kbe való integrálása.
Következtetés
A BMS koncepcióját eredetileg külföldön fejlesztették ki, a korai IC-tervek a feszültség- és hőmérsékletérzékelésre összpontosítottak. Később bevezették a kiegyensúlyozás fogalmát, kezdetben az IC-kbe integrált rezisztív kisülési módszereket alkalmazva. Ez a megközelítés ma már széles körben elterjedt, és olyan cégek is gyártanak ilyen chipeket, mint a TI, MAXIM és LINEAR, és egyesek kapcsoló-illesztőprogramokat is integrálnak a chipekbe.
A passzív kiegyensúlyozási elvek és diagramok alapján, ha egy akkumulátorcsomagot egy hordóval hasonlítunk össze, a cellák olyanok, mint a rúd. A nagyobb energiájú sejtek hosszú deszkák, az alacsonyabb energiájúak pedig rövid deszkák. A passzív kiegyensúlyozás csak "lerövidíti" a hosszú deszkákat, ami energiapazarlást és hatástalanságot eredményez. Ennek a módszernek vannak korlátai, beleértve a jelentős hőelvezetést és a lassú kiegyenlítő hatásokat nagy kapacitású csomagokban.
Az aktív kiegyensúlyozás ezzel szemben "kitölti a rövid deszkákat", energiát visz át a magasabb energiájú cellákból az alacsonyabb energiájú cellákba, ami nagyobb hatékonyságot és gyorsabb egyensúly elérését eredményezi. Azonban bonyolultsági és költségproblémákat vet fel, kihívásokkal a kapcsolómátrixok tervezésében és a meghajtók vezérlésében.
A kompromisszumok miatt a passzív kiegyensúlyozás megfelelő lehet a jó konzisztenciájú cellákhoz, míg az aktív kiegyensúlyozás a nagyobb eltérésekkel rendelkező cellákhoz.
Feladás időpontja: 2024. augusztus 27
