A lítium akkumulátorcsomagok olyanok, mint a karbantartást nem igénylő motorok; aÉpületfelügyeleti rendszerkiegyensúlyozó funkció nélkül csupán adatgyűjtő, és nem tekinthető irányítási rendszernek. Mind az aktív, mind a passzív kiegyensúlyozás célja az akkumulátorcsomagon belüli inkonzisztenciák kiküszöbölése, de megvalósítási elveik alapvetően eltérőek.
Az érthetőség kedvéért ez a cikk az épületfelügyeleti rendszer (BMS) által algoritmusokon keresztül kezdeményezett kiegyenlítést aktív kiegyenlítésnek, míg az energia elvezetésére ellenállásokat használó kiegyenlítést passzív kiegyenlítésnek nevezi. Az aktív kiegyenlítés energiaátadással, míg a passzív kiegyenlítés energiaelvezetéssel jár.
Az akkumulátorcsomag alapvető tervezési alapelvei
- A töltést le kell állítani, amikor az első cella teljesen feltöltött.
- A kisütésnek akkor kell véget érnie, amikor az első cella lemerült.
- A gyengébb sejtek gyorsabban öregednek, mint az erősebbek.
- - a leggyengébb töltésű cella fogja végső soron korlátozni az akkumulátorcsomag teljesítményét'a használható kapacitás (a leggyengébb láncszem).
- Az akkumulátorcsomagon belüli rendszerhőmérséklet-gradiens gyengébbé teszi a magasabb átlaghőmérsékleten működő cellákat.
- Kiegyenlítés nélkül a leggyengébb és legerősebb cellák közötti feszültségkülönbség minden töltési és kisütési ciklussal növekszik. Végül az egyik cella eléri a maximális feszültséget, míg a másik a minimális feszültséget, ami akadályozza az akkumulátor töltési és kisütési képességét.
A cellák időbeli eltérése és a telepítés során fellépő változó hőmérsékleti viszonyok miatt elengedhetetlen a cellák kiegyensúlyozása.
A lítium-ion akkumulátorok esetében elsősorban kétféle eltérés tapasztalható: töltési eltérés és kapacitásbeli eltérés. A töltési eltérés akkor fordul elő, ha azonos kapacitású cellák töltése fokozatosan eltér. A kapacitásbeli eltérés akkor fordul elő, ha különböző kezdeti kapacitású cellákat használnak együtt. Bár a cellák általában jól illeszkednek, ha nagyjából ugyanabban az időben, hasonló gyártási folyamatokkal gyártják őket, az eltérések ismeretlen forrásból származó cellákból vagy jelentős gyártási különbségekből adódhatnak.
Aktív kiegyensúlyozás vs. passzív kiegyensúlyozás
1. Cél
Az akkumulátorcsomagok számos sorba kapcsolt cellából állnak, amelyek valószínűleg nem azonosak. A kiegyenlítés biztosítja, hogy a cellafeszültség-eltérések a várt tartományon belül maradjanak, fenntartva az általános használhatóságot és szabályozhatóságot, ezáltal megelőzve a károsodást és meghosszabbítva az akkumulátor élettartamát.
2. Tervezési összehasonlítás
- Passzív kiegyenlítés: Jellemzően ellenállások segítségével kisüti a nagyobb feszültségű cellákat, a felesleges energiát hővé alakítva. Ez a módszer meghosszabbítja a többi cellák töltési idejét, de alacsonyabb a hatásfoka.
- Aktív kiegyensúlyozás: Egy összetett technika, amely a töltés és kisütés ciklusai során újraelosztja a töltést a cellákon belül, csökkentve a töltési időt és meghosszabbítva a kisütés időtartamát. Általában alsó kiegyensúlyozási stratégiákat alkalmaz kisütés közben, és felső kiegyensúlyozási stratégiákat töltés közben.
- Előnyök és hátrányok összehasonlítása: A passzív kiegyenlítés egyszerűbb és olcsóbb, de kevésbé hatékony, mivel hő formájában pazarolja az energiát, és lassabb kiegyenlítési hatásai vannak. Az aktív kiegyenlítés hatékonyabb, energiát visz át a cellák között, ami javítja az általános felhasználási hatékonyságot és gyorsabban éri el az egyensúlyt. Azonban összetett struktúrákat és magasabb költségeket igényel, és kihívást jelent ezeknek a rendszereknek a dedikált integrált áramkörökbe való integrálása.
Következtetés
A BMS koncepcióját kezdetben külföldön fejlesztették ki, a korai IC-tervek a feszültség- és hőmérséklet-érzékelésre összpontosítottak. Később bevezették a kiegyenlítés koncepcióját, kezdetben az IC-kbe integrált ellenállásos kisülési módszereket alkalmazva. Ez a megközelítés ma már széles körben elterjedt, olyan cégek, mint a TI, a MAXIM és a LINEAR gyártanak ilyen chipeket, némelyikük kapcsolóvezérlőket integrál a chipekbe.
A passzív kiegyensúlyozás alapelvei és ábrái alapján, ha egy akkumulátorcsomagot egy hordóhoz hasonlítunk, a cellák a rudakhoz hasonlítanak. A nagyobb energiájú cellák hosszú rudak, az alacsonyabb energiájúak pedig rövidek. A passzív kiegyensúlyozás csak "lerövidíti" a hosszú rudakat, ami energiapazarláshoz és hatékonyságcsökkenéshez vezet. Ennek a módszernek vannak korlátai, beleértve a jelentős hőelvezetést és a lassú kiegyensúlyozási hatásokat a nagy kapacitású csomagokban.
Az aktív kiegyenlítés ezzel szemben „kitölti a rövidebb réseket”, energiát visz át a nagyobb energiájú cellákból az alacsonyabb energiájúakba, ami nagyobb hatékonyságot és gyorsabb egyensúly-elérést eredményez. Ugyanakkor bonyolultsághoz és költségproblémákhoz vezet, kihívást jelentve a kapcsolómátrixok tervezésében és a meghajtók vezérlésében.
A kompromisszumok miatt a passzív kiegyensúlyozás a jó konzisztenciájú cellákhoz lehet megfelelő, míg az aktív kiegyensúlyozás a nagyobb eltéréseket mutató cellákhoz előnyösebb.
Közzététel ideje: 2024. augusztus 27.
