Litiumbatteripaket är som motorer som saknar underhåll; aBMSutan en balanseringsfunktion är bara en datainsamlare och kan inte betraktas som ett ledningssystem. 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 som initieras av BMS genom algoritmer som aktiv balansering, medan balansering som använder resistorer för att avleda energi kallas passiv balansering. Aktiv balansering innebär energiöverföring, medan passiv balansering innebär energiförlust.
Grundläggande designprinciper för batteripaket
- Laddningen måste stoppas när den första cellen är fulladdad.
- Urladdningen måste avslutas när den första cellen är uttömd.
- Svagare celler åldras snabbare än starkare celler.
- -den cell med den svagaste laddningen kommer i slutändan att begränsa batteripaketet's användbar kapacitet (den svagaste länken).
- Systemets temperaturgradient i batteripaketet gör att celler som arbetar vid högre medeltemperaturer blir svagare.
- 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 lägsta spänning, vilket hindrar paketets laddnings- och urladdningskapacitet.
På grund av cellernas obalans över tiden och varierande temperaturförhållanden från installationen är cellbalansering väsentlig.
Litiumjonbatterier möter i första hand två typer av oöverensstämmelse: laddningsfel och kapacitetsfel. Laddningsfel uppstår när celler med samma kapacitet gradvis skiljer sig åt i laddning. Kapacitetsfelmatchning inträffar när celler med olika initiala kapaciteter används tillsammans. Även om celler i allmänhet är välmatchade om de produceras ungefär samtidigt med liknande tillverkningsprocesser, kan felmatchningar uppstå från celler med okända källor eller betydande tillverkningsskillnader.
Aktiv balansering vs passiv balansering
1. Syfte
Batteripaket består av många seriekopplade celler, som sannolikt inte är identiska. Balansering säkerställer att cellspänningsavvikelser hålls inom förväntade intervall, upprätthåller den övergripande användbarheten och kontrollerbarheten, vilket förhindrar skador och förlänger batteriets livslängd.
2. Designjämförelse
- Passiv balansering: Laddar normalt ur celler med högre spänning med hjälp av resistorer och 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 i allmänhet bottenbalanseringsstrategier under urladdning och toppbalanseringsstrategier under laddning.
- Jämförelse för och nackdelar: Passiv balansering är enklare och billigare men mindre effektivt, eftersom det slösar 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 när det gäller att integrera dessa system i dedikerade IC:er.
Slutsats
Konceptet med BMS utvecklades ursprungligen utomlands, med tidiga IC-designer som fokuserade på spännings- och temperaturdetektering. Begreppet balansering introducerades senare, initialt med hjälp av resistiva urladdningsmetoder integrerade i IC:er. Detta tillvägagångssätt är nu utbrett, med företag som TI, MAXIM och LINEAR som producerar sådana chips, några integrerar switch-drivrutiner i chipsen.
Från de passiva balanseringsprinciperna och diagrammen, om ett batteripaket jämförs med ett fat, är cellerna som stavarna. 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 slöseri med energi och ineffektivitet. Denna metod har begränsningar, inklusive betydande värmeavledning och långsamma balanseringseffekter i förpackningar med stor kapacitet.
Aktiv balansering däremot "fyller ut 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 när det gäller att designa switchmatriser och styra enheter.
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.
Posttid: 2024-aug-27
