Les bateries de liti són com motors que no tenen manteniment; aBMSsense una funció d'equilibri és simplement un recopilador de dades i no es pot considerar un sistema de gestió. Tant l'equilibri actiu com el passiu tenen com a objectiu eliminar les inconsistències dins d'un paquet de bateries, però els seus principis d'implementació són fonamentalment diferents.
Per a més claredat, aquest article defineix l'equilibri iniciat pel BMS mitjançant algoritmes com a equilibri actiu, mentre que l'equilibri que utilitza resistències per dissipar energia s'anomena equilibri passiu. L'equilibri actiu implica la transferència d'energia, mentre que l'equilibri passiu implica la dissipació d'energia.
Principis bàsics de disseny de paquets de bateries
- La càrrega s'ha d'aturar quan la primera cel·la estigui completament carregada.
- La descàrrega ha d'acabar quan s'esgoti la primera cel·la.
- Les cèl·lules més febles envelleixen més ràpid que les cèl·lules més fortes.
- -la cel·la amb la càrrega més feble limitarà en última instància la bateria'capacitat útil (l'enllaç més feble).
- El gradient de temperatura del sistema dins de la bateria fa que les cel·les que funcionen a temperatures mitjanes més altes siguin més febles.
- Sense equilibrar, la diferència de voltatge entre les cel·les més febles i les més fortes augmenta amb cada cicle de càrrega i descàrrega. Finalment, una cel·la s'acostarà al voltatge màxim mentre que una altra s'acosta al voltatge mínim, cosa que impedeix les capacitats de càrrega i descàrrega del paquet.
A causa de la discrepància de les cel·les al llarg del temps i de les condicions de temperatura variables des de la instal·lació, l'equilibri de les cel·les és essencial.
Les bateries de liti-ió s'enfronten principalment a dos tipus de desajustament: el desajustament de càrrega i el desajustament de capacitat. El desajustament de càrrega es produeix quan les cel·les de la mateixa capacitat difereixen gradualment en càrrega. El desajustament de capacitat es produeix quan s'utilitzen juntes cel·les amb diferents capacitats inicials. Tot i que les cel·les generalment coincideixen bé si es produeixen més o menys al mateix temps amb processos de fabricació similars, els desajustaments poden sorgir de cel·les amb orígens desconeguts o diferències de fabricació significatives.
Equilibri actiu vs. equilibri passiu
1. Propòsit
Els paquets de bateries consten de moltes cel·les connectades en sèrie, que és poc probable que siguin idèntiques. L'equilibri garanteix que les desviacions de voltatge de les cel·les es mantinguin dins dels rangs esperats, mantenint la usabilitat i la controlabilitat generals, evitant així danys i allargant la vida útil de la bateria.
2. Comparació de dissenys
- Equilibri passiu: Normalment descarrega cel·les d'alt voltatge mitjançant resistències, convertint l'excés d'energia en calor. Aquest mètode allarga el temps de càrrega d'altres cel·les però té una eficiència menor.
- Equilibri actiu: una tècnica complexa que redistribueix la càrrega dins de les cel·les durant els cicles de càrrega i descàrrega, reduint el temps de càrrega i allargant la durada de la descàrrega. Generalment utilitza estratègies d'equilibri inferior durant la descàrrega i estratègies d'equilibri superior durant la càrrega.
- Comparació de pros i contres: L'equilibri passiu és més senzill i barat però menys eficient, ja que malgasta energia en forma de calor i té efectes d'equilibri més lents. L'equilibri actiu és més eficient, transferint energia entre cel·les, cosa que millora l'eficiència d'ús general i aconsegueix l'equilibri més ràpidament. Tanmateix, implica estructures complexes i costos més elevats, amb reptes per integrar aquests sistemes en circuits integrats dedicats.
Conclusió
El concepte de BMS es va desenvolupar inicialment a l'estranger, amb els primers dissenys de circuits integrats centrats en la detecció de voltatge i temperatura. El concepte d'equilibri es va introduir més tard, inicialment utilitzant mètodes de descàrrega resistiva integrats en circuits integrats. Aquest enfocament està ara molt estès, amb empreses com TI, MAXIM i LINEAR produint aquests xips, algunes integrant controladors de commutador als xips.
A partir dels principis i diagrames de l'equilibri passiu, si es compara un paquet de bateries amb un barril, les cel·les són com les dogues. Les cel·les amb més energia són planxes llargues, i les que tenen menys energia són planxes curtes. L'equilibri passiu només "escurça" les planxes llargues, cosa que resulta en un malbaratament d'energia i ineficiències. Aquest mètode té limitacions, com ara una dissipació de calor significativa i efectes d'equilibri lent en paquets de gran capacitat.
L'equilibri actiu, en canvi, "omple els trams curts", transferint energia de les cel·les de més energia a les de menys energia, cosa que resulta en una major eficiència i un equilibri més ràpid. Tanmateix, introdueix problemes de complexitat i costos, amb reptes en el disseny de matrius de commutació i el control dels accionaments.
Donats els inconvenients, l'equilibri passiu pot ser adequat per a cel·les amb bona consistència, mentre que l'equilibri actiu és preferible per a cel·les amb discrepàncies més grans.
Data de publicació: 27 d'agost de 2024
