Het concept vancelbalanceringis waarschijnlijk bekend bij de meesten van ons. Dit komt vooral doordat de huidige consistentie van cellen niet goed genoeg is, en balanceren helpt dit te verbeteren. Net zoals je geen twee identieke bladeren kunt vinden, kun je ook geen twee identieke cellen vinden. Uiteindelijk is balanceren dus bedoeld om de tekortkomingen van cellen aan te pakken en dient het als compensatie.
Welke aspecten wijzen op celinconsistentie?
Er zijn vier hoofdaspecten: SOC (State of Charge), interne weerstand, zelfontladingsstroom en capaciteit. Balanceren kan deze vier verschillen echter niet volledig oplossen. Balanceren kan alleen de SOC-verschillen compenseren en daarmee inconsistenties in zelfontlading aanpakken. Maar voor interne weerstand en capaciteit is balanceren machteloos.
Hoe ontstaat celinconsistentie?
Er zijn twee belangrijke redenen: ten eerste de inconsistentie die wordt veroorzaakt door de productie en verwerking van cellen, en ten tweede de inconsistentie die wordt veroorzaakt door de omgeving waarin de cellen worden gebruikt. Productie-inconsistenties ontstaan door factoren zoals verwerkingstechnieken en materialen, wat een vereenvoudiging is van een zeer complex probleem. Omgevingsinconsistentie is gemakkelijker te begrijpen, omdat de positie van elke cel in de PACK anders is, wat leidt tot omgevingsverschillen zoals kleine temperatuurschommelingen. Na verloop van tijd stapelen deze verschillen zich op, wat leidt tot celinconsistentie.
Hoe werkt balanceren?
Zoals eerder vermeld, wordt balanceren gebruikt om SOC-verschillen tussen cellen te elimineren. Idealiter blijft de SOC van elke cel gelijk, waardoor alle cellen gelijktijdig de boven- en onderspanningslimieten voor laden en ontladen kunnen bereiken, waardoor de bruikbare capaciteit van de accu toeneemt. Er zijn twee scenario's voor SOC-verschillen: de ene is wanneer de celcapaciteiten gelijk zijn, maar de SOC's verschillen; de andere is wanneer zowel de celcapaciteiten als de SOC's verschillen.
Het eerste scenario (uiterst links in de onderstaande afbeelding) toont cellen met dezelfde capaciteit, maar verschillende SOC's. De cel met de kleinste SOC bereikt als eerste de ontlaadlimiet (uitgaande van een SOC van 25% als ondergrens), terwijl de cel met de grootste SOC als eerste de laadlimiet bereikt. Met balancering behouden alle cellen dezelfde SOC tijdens het laden en ontladen.
Het tweede scenario (het tweede van links in de onderstaande afbeelding) betreft cellen met verschillende capaciteiten en SOC's. Hierbij laadt en ontlaadt de cel met de kleinste capaciteit als eerste. Door balancering behouden alle cellen dezelfde SOC tijdens het laden en ontladen.
Het belang van evenwicht
Balanceren is een cruciale functie voor stroomcellen. Er zijn twee soorten balanceren:actief balancerenEnpassief balancerenPassieve balancering gebruikt weerstanden voor ontlading, terwijl actieve balancering de ladingsstroom tussen cellen betreft. Er is enige discussie over deze termen, maar daar gaan we niet op in. Passieve balancering wordt in de praktijk vaker gebruikt, terwijl actieve balancering minder vaak voorkomt.
Bepalen van de balancerende stroom voor BMS
Hoe moet de balanceerstroom worden bepaald voor passieve balancering? Idealiter is deze zo groot mogelijk, maar factoren zoals kosten, warmteafvoer en ruimte vereisen een compromis.
Voordat u de balanceringsstroom kiest, is het belangrijk om te begrijpen of het verschil in SOC te wijten is aan scenario één of scenario twee. In veel gevallen ligt het dichter bij scenario één: cellen beginnen met een vrijwel identieke capaciteit en SOC, maar naarmate ze worden gebruikt, met name door verschillen in zelfontlading, verandert de SOC van elke cel geleidelijk. Daarom zou de balanceringscapaciteit de impact van verschillen in zelfontlading in ieder geval moeten elimineren.
Als alle cellen een identieke zelfontlading hadden, zou balanceren niet nodig zijn. Maar als er een verschil is in de zelfontladingsstroom, ontstaan er SOC-verschillen en is balanceren nodig om dit te compenseren. Bovendien, aangezien de gemiddelde dagelijkse balanceertijd beperkt is terwijl de zelfontlading dagelijks doorgaat, moet ook rekening worden gehouden met de tijdsfactor.
Plaatsingstijd: 5 juli 2024
