Les bateries de liti són com els motors que no tenen manteniment; aBMSsense una funció d'equilibri és només 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 incoherències 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 algorismes 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 del disseny de la bateria
- La càrrega s'ha d'aturar quan la primera cèl·lula estigui completament carregada.
- La descàrrega ha d'acabar quan la primera cel·la s'esgota.
- Les cèl·lules més febles envelleixen més ràpidament que les cèl·lules més fortes.
- -La cèl·lula amb la càrrega més feble limitarà finalment la bateria'capacitat útil de s (l'enllaç més feble).
- El gradient de temperatura del sistema dins del paquet de bateries fa que les cèl·lules funcionin a temperatures mitjanes més altes més febles.
- Sense equilibrar, la diferència de tensió entre les cèl·lules més febles i les més fortes augmenta amb cada cicle de càrrega i descàrrega. Finalment, una cel·la s'acostarà a la tensió màxima mentre que una altra s'acostarà a la tensió mínima, impedint les capacitats de càrrega i descàrrega del paquet.
A causa del desajust de les cèl·lules al llarg del temps i les condicions de temperatura variables des de la instal·lació, l'equilibri de les cèl·lules és essencial.
Les bateries d'ió de liti s'enfronten principalment a dos tipus de desajustaments: desajust de càrrega i desajust de capacitat. El desajust de càrrega es produeix quan les cèl·lules de la mateixa capacitat difereixen gradualment en la càrrega. La discrepància de capacitat es produeix quan s'utilitzen conjuntament cèl·lules amb diferents capacitats inicials. Tot i que les cèl·lules generalment coincideixen bé si es produeixen al mateix temps amb processos de fabricació similars, els desajustos poden sorgir de cèl·lules amb fonts desconegudes o diferències significatives de fabricació.
Equilibri actiu vs. Equilibri passiu
1. Finalitat
Els paquets de bateries consisteixen en moltes cel·les connectades en sèrie, que és poc probable que siguin idèntiques. L'equilibri garanteix que les desviacions de la tensió cel·lular es mantenen dins dels intervals 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 les cèl·lules de més voltatge mitjançant resistències, convertint l'excés d'energia en calor. Aquest mètode allarga el temps de càrrega d'altres cèl·lules, però té una eficiència més baixa.
- Equilibri actiu: una tècnica complexa que redistribueix la càrrega dins de les cèl·lules durant els cicles de càrrega i descàrrega, reduint el temps de càrrega i allargant la durada de la descàrrega. En general, 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 com a calor i té efectes d'equilibri més lents. L'equilibri actiu és més eficient, transferint energia entre cèl·lules, la qual cosa millora l'eficiència general d'ús i aconsegueix l'equilibri més ràpidament. Tanmateix, implica estructures complexes i costos més elevats, amb reptes per integrar aquests sistemes en CI dedicats.
Conclusió
El concepte de BMS es va desenvolupar inicialment a l'estranger, amb els primers dissenys d'IC centrats en la detecció de voltatge i temperatura. Més tard es va introduir el concepte d'equilibri, inicialment utilitzant mètodes de descàrrega resistiva integrats als circuits integrats. Aquest enfocament està ara molt estès, amb empreses com TI, MAXIM i LINEAR produint aquests xips, alguns integrant controladors d'interruptor als xips.
A partir dels principis i diagrames d'equilibri passiu, si es compara un paquet de bateries amb un barril, les cèl·lules són com les pentagrames. Les cèl·lules amb més energia són taulons llargs, i les que tenen menys energia són taulons curts. L'equilibri passiu només "escurça" els taulons llargs, donant lloc a 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 taulons curts", transferint l'energia de les cèl·lules de major energia a les de menor energia, donant com a resultat 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 de les unitats.
Tenint en compte les compensacions, l'equilibri passiu pot ser adequat per a cèl·lules amb bona consistència, mentre que l'equilibri actiu és preferible per a cèl·lules amb majors discrepàncies.
Hora de publicació: 27-agost-2024
