Lithiumbatterijpakketten zijn als motoren die geen onderhoud behoeven; AGBSzonder balanceringsfunctie is het slechts een gegevensverzamelaar en kan het niet als een managementsysteem worden beschouwd. Zowel actief als passief balanceren is bedoeld om inconsistenties binnen een batterijpakket te elimineren, maar hun implementatieprincipes zijn fundamenteel verschillend.
Voor de duidelijkheid: dit artikel definieert balanceren geïnitieerd door het BMS via algoritmen als actief balanceren, terwijl balanceren waarbij weerstanden worden gebruikt om energie te dissiperen passief balanceren wordt genoemd. Bij actief balanceren gaat het om energieoverdracht, terwijl bij passief balanceren om energiedissipatie gaat.
Basisprincipes voor het ontwerpen van batterijpakketten
- Het opladen moet stoppen wanneer de eerste cel volledig is opgeladen.
- Het ontladen moet eindigen wanneer de eerste cel leeg is.
- Zwakkere cellen verouderen sneller dan sterkere cellen.
- -De cel met de zwakste lading zal uiteindelijk het batterijpakket beperken's bruikbare capaciteit (de zwakste schakel).
- De systeemtemperatuurgradiënt in het batterijpakket maakt cellen die bij hogere gemiddelde temperaturen werken zwakker.
- Zonder balancering neemt het spanningsverschil tussen de zwakste en sterkste cellen toe bij elke laad- en ontlaadcyclus. Uiteindelijk zal de ene cel de maximale spanning naderen, terwijl een andere de minimale spanning nadert, waardoor de laad- en ontlaadmogelijkheden van het pakket worden belemmerd.
Vanwege de discrepantie tussen de cellen in de loop van de tijd en de variërende temperatuuromstandigheden vanaf de installatie, is celbalancering essentieel.
Lithium-ionbatterijen hebben voornamelijk te maken met twee soorten mismatch: laadmismatch en capaciteitsmismatch. Oplaadmismatch treedt op wanneer cellen met dezelfde capaciteit geleidelijk in lading verschillen. Er ontstaat een capaciteitsmismatch wanneer cellen met verschillende initiële capaciteiten samen worden gebruikt. Hoewel cellen over het algemeen goed bij elkaar passen als ze rond dezelfde tijd worden geproduceerd met vergelijkbare productieprocessen, kunnen er mismatches ontstaan door cellen met onbekende bronnen of aanzienlijke productieverschillen.
Actief balanceren versus passief balanceren
1. Doel
Batterijpakketten bestaan uit veel in serie geschakelde cellen, die waarschijnlijk niet identiek zijn. Balanceren zorgt ervoor dat afwijkingen in de celspanning binnen het verwachte bereik blijven, waardoor de algehele bruikbaarheid en beheersbaarheid behouden blijft, waardoor schade wordt voorkomen en de levensduur van de batterij wordt verlengd.
2. Ontwerpvergelijking
- Passief balanceren: Ontlaadt cellen met een hogere spanning doorgaans met behulp van weerstanden, waardoor overtollige energie wordt omgezet in warmte. Deze methode verlengt de oplaadtijd voor andere cellen, maar heeft een lager rendement.
- Actief balanceren: een complexe techniek die de lading binnen de cellen herverdeelt tijdens laad- en ontlaadcycli, waardoor de oplaadtijd wordt verkort en de ontladingsduur wordt verlengd. Er wordt over het algemeen gebruik gemaakt van onderste balanceringsstrategieën tijdens het ontladen en topbalanceringsstrategieën tijdens het opladen.
- Voor- en nadelenvergelijking: Passief balanceren is eenvoudiger en goedkoper, maar minder efficiënt, omdat het energie in de vorm van warmte verspilt en langzamere balanceringseffecten heeft. Actief balanceren is efficiënter en brengt energie over tussen cellen, waardoor de algehele gebruiksefficiëntie verbetert en sneller evenwicht wordt bereikt. Het brengt echter complexe structuren en hogere kosten met zich mee, met uitdagingen bij het integreren van deze systemen in speciale IC's.
Conclusie
Het concept van BMS werd aanvankelijk in het buitenland ontwikkeld, waarbij vroege IC-ontwerpen zich richtten op spannings- en temperatuurdetectie. Het concept van balanceren werd later geïntroduceerd, aanvankelijk met behulp van resistieve ontladingsmethoden die in IC's waren geïntegreerd. Deze aanpak is nu wijdverspreid, waarbij bedrijven als TI, MAXIM en LINEAR dergelijke chips produceren, waarbij sommige schakeldrivers in de chips integreren.
Als we een batterijpakket vergelijken met een vat, lijken de cellen op basis van de passieve balanceringsprincipes en diagrammen op duigen. Cellen met hogere energie zijn lange planken en cellen met lagere energie zijn korte planken. Passief balanceren "verkort" alleen de lange planken, wat resulteert in verspilling van energie en inefficiëntie. Deze methode heeft beperkingen, waaronder aanzienlijke warmteafvoer en langzame balanceringseffecten bij pakketten met grote capaciteit.
Actief balanceren daarentegen "vult de korte planken in", waarbij energie wordt overgedragen van cellen met een hogere energie naar cellen met een lagere energie, wat resulteert in een hogere efficiëntie en het sneller bereiken van evenwicht. Het introduceert echter complexiteits- en kostenproblemen, met uitdagingen bij het ontwerpen van schakelmatrices en het besturen van aandrijvingen.
Gezien de afwegingen kan passief balanceren geschikt zijn voor cellen met een goede consistentie, terwijl actief balanceren de voorkeur verdient voor cellen met grotere discrepanties.
Posttijd: 27 augustus 2024
