Litiumbatterier är som motorer som saknar underhåll;BMSutan en balanseringsfunktion är enbart en datainsamlare och kan inte betraktas som ett hanteringssystem. Både aktiv och passiv balansering syftar till att eliminera inkonsekvenser inom ett batteripaket, men deras implementeringsprinciper är fundamentalt olika.
För tydlighetens skull definierar den här artikeln balansering initierad av BMS via algoritmer som aktiv balansering, medan balansering som använder motstånd för att avleda energi kallas passiv balansering. Aktiv balansering innebär energiöverföring, medan passiv balansering innebär energiavledning.
Grundläggande principer för batteripaketdesign
- Laddningen måste avbrytas när den första cellen är fulladdad.
- Urladdningen måste avslutas när den första cellen är slut.
- Svagare celler åldras snabbare än starkare celler.
- -cellen med den svagaste laddningen kommer i slutändan att begränsa batteripaketets kapacitet's användbara kapacitet (den svagaste länken).
- Systemets temperaturgradient i batteripaketet gör att cellerna arbetar svagare vid högre medeltemperaturer.
- Utan balansering ökar spänningsskillnaden mellan de svagaste och starkaste cellerna med varje laddnings- och urladdningscykel. Så småningom kommer en cell att närma sig maximal spänning medan en annan närmar sig minimispänning, vilket hindrar batteriets laddnings- och urladdningsförmåga.
På grund av cellernas obalans över tid och varierande temperaturförhållanden från installationen är cellbalansering avgörande.
Litiumjonbatterier drabbas huvudsakligen av två typer av obalans: laddningsmissmatchning och kapacitetsmissmatchning. Laddningsmissmatchning uppstår när celler med samma kapacitet gradvis skiljer sig åt i laddning. Kapacitetsmissmatchning uppstår när celler med olika initialkapacitet används tillsammans. Även om celler i allmänhet är välmatchade om de produceras ungefär samtidigt med liknande tillverkningsprocesser, kan missmatchningar uppstå på grund av celler med okända källor eller betydande tillverkningsskillnader.
Aktiv balansering kontra passiv balansering
1. Syfte
Batteripaket består av många seriekopplade celler, vilka sannolikt inte är identiska. Balansering säkerställer att cellspänningsavvikelser hålls inom förväntade intervall, vilket bibehåller den övergripande användbarheten och kontrollerbarheten, vilket förhindrar skador och förlänger batteriets livslängd.
2. Designjämförelse
- Passiv balansering: Urladdar vanligtvis celler med högre spänning med hjälp av motstånd, vilket omvandlar överskottsenergi till värme. Denna metod förlänger laddningstiden för andra celler men har lägre effektivitet.
- Aktiv balansering: En komplex teknik som omfördelar laddning inom celler under laddnings- och urladdningscykler, vilket minskar laddningstiden och förlänger urladdningstiden. Den använder generellt strategier för bottenbalansering under urladdning och strategier för toppbalansering under laddning.
- För- och nackdelar jämförelse: Passiv balansering är enklare och billigare men mindre effektiv, eftersom den slösar bort energi som värme och har långsammare balanseringseffekter. Aktiv balansering är effektivare och överför energi mellan celler, vilket förbättrar den totala användningseffektiviteten och uppnår balans snabbare. Det innebär dock komplexa strukturer och högre kostnader, med utmaningar i att integrera dessa system i dedikerade integrerade kretsar.
Slutsats
Konceptet med BMS utvecklades ursprungligen utomlands, med tidiga IC-designer inriktade på spännings- och temperaturdetektering. Konceptet med balansering introducerades senare, initialt med hjälp av resistiva urladdningsmetoder integrerade i IC:er. Denna metod är nu utbredd, med företag som TI, MAXIM och LINEAR som producerar sådana chip, och vissa integrerar switchdrivrutiner i chipen.
Utifrån principerna och diagrammen för passiv balansering, om ett batteripaket jämförs med en tunna, är cellerna som stavar. Celler med högre energi är långa plankor, och de med lägre energi är korta plankor. Passiv balansering "förkortar" bara de långa plankorna, vilket resulterar i energislöseri och ineffektivitet. Denna metod har begränsningar, inklusive betydande värmeavledning och långsamma balanseringseffekter i batteripaket med stor kapacitet.
Aktiv balansering däremot "fyller i de korta plankorna" och överför energi från celler med högre energi till celler med lägre energi, vilket resulterar i högre effektivitet och snabbare balansuppnående. Det introducerar dock komplexitets- och kostnadsproblem, med utmaningar vid design av switchmatriser och styrning av drivenheter.
Med tanke på avvägningarna kan passiv balansering vara lämplig för celler med god konsistens, medan aktiv balansering är att föredra för celler med större avvikelser.
Publiceringstid: 27 augusti 2024
