باتری‌های لیتیومی مانند موتورهایی هستند که نیاز به تعمیر و نگهداری ندارند.بی ام اسبدون عملکرد متعادل‌سازی، صرفاً یک جمع‌آوری‌کننده داده است و نمی‌توان آن را یک سیستم مدیریتی در نظر گرفت. هدف هر دو متعادل‌سازی فعال و غیرفعال، از بین بردن ناهماهنگی‌ها در یک بسته باتری است، اما اصول پیاده‌سازی آنها اساساً متفاوت است.
برای روشن شدن موضوع، این مقاله متعادل‌سازی آغاز شده توسط BMS از طریق الگوریتم‌ها را متعادل‌سازی فعال تعریف می‌کند، در حالی که متعادل‌سازی که از مقاومت‌ها برای اتلاف انرژی استفاده می‌کند، متعادل‌سازی غیرفعال نامیده می‌شود. متعادل‌سازی فعال شامل انتقال انرژی است، در حالی که متعادل‌سازی غیرفعال شامل اتلاف انرژی می‌شود.
اصول اولیه طراحی پک باتری
- شارژ باید زمانی که سلول اول به طور کامل شارژ شد، متوقف شود.
- تخلیه باید زمانی پایان یابد که اولین سلول تخلیه شود.
- سلول‌های ضعیف‌تر سریع‌تر از سلول‌های قوی‌تر پیر می‌شوند.
- سلولی که ضعیف‌ترین شارژ را دارد، در نهایت ظرفیت باتری را محدود می‌کند.'ظرفیت قابل استفاده (ضعیف‌ترین حلقه).
- گرادیان دمای سیستم درون باتری باعث می‌شود سلول‌هایی که در دماهای متوسط بالاتر کار می‌کنند، ضعیف‌تر عمل کنند.
- بدون متعادل‌سازی، اختلاف ولتاژ بین ضعیف‌ترین و قوی‌ترین سلول‌ها با هر چرخه شارژ و دشارژ افزایش می‌یابد. در نهایت، یک سلول به حداکثر ولتاژ نزدیک می‌شود در حالی که دیگری به حداقل ولتاژ نزدیک می‌شود و این امر مانع از قابلیت‌های شارژ و دشارژ باتری می‌شود.
با توجه به عدم تطابق سلول‌ها در طول زمان و شرایط دمایی متغیر از زمان نصب، متعادل‌سازی سلول ضروری است.
باتری‌های لیتیوم-یونی در درجه اول با دو نوع عدم تطابق مواجه هستند: عدم تطابق شارژ و عدم تطابق ظرفیت. عدم تطابق شارژ زمانی رخ می‌دهد که سلول‌هایی با ظرفیت یکسان به تدریج از نظر شارژ متفاوت شوند. عدم تطابق ظرفیت زمانی اتفاق می‌افتد که سلول‌هایی با ظرفیت‌های اولیه متفاوت با هم استفاده شوند. اگرچه سلول‌ها معمولاً اگر تقریباً در یک زمان با فرآیندهای تولید مشابه تولید شوند، تطابق خوبی دارند، اما عدم تطابق می‌تواند از سلول‌هایی با منابع ناشناخته یا تفاوت‌های قابل توجه در تولید ناشی شود.
متعادل‌سازی فعال در مقابل متعادل‌سازی غیرفعال
۱. هدف
بسته‌های باتری از سلول‌های سری زیادی تشکیل شده‌اند که بعید است یکسان باشند. متعادل‌سازی تضمین می‌کند که انحراف ولتاژ سلول‌ها در محدوده مورد انتظار نگه داشته شود، قابلیت استفاده و کنترل کلی را حفظ کند، در نتیجه از آسیب جلوگیری کرده و عمر باتری را افزایش دهد.
۲. مقایسه طراحی
- متعادل‌سازی غیرفعال: معمولاً سلول‌های ولتاژ بالاتر را با استفاده از مقاومت‌ها تخلیه می‌کند و انرژی اضافی را به گرما تبدیل می‌کند. این روش زمان شارژ سایر سلول‌ها را افزایش می‌دهد اما راندمان کمتری دارد.
- متعادل‌سازی فعال: یک تکنیک پیچیده که بار را در طول چرخه‌های شارژ و دشارژ درون سلول‌ها توزیع مجدد می‌کند، زمان شارژ را کاهش و مدت زمان دشارژ را افزایش می‌دهد. این تکنیک عموماً از استراتژی‌های متعادل‌سازی پایین در طول دشارژ و استراتژی‌های متعادل‌سازی بالا در طول شارژ استفاده می‌کند.
- مقایسه مزایا و معایب: متعادل‌سازی غیرفعال ساده‌تر و ارزان‌تر است اما کارایی کمتری دارد، زیرا انرژی را به صورت گرما هدر می‌دهد و اثرات متعادل‌سازی کندتری دارد. متعادل‌سازی فعال کارآمدتر است و انرژی را بین سلول‌ها منتقل می‌کند که باعث بهبود بهره‌وری کلی مصرف و دستیابی سریع‌تر به تعادل می‌شود. با این حال، این روش شامل ساختارهای پیچیده و هزینه‌های بالاتر است و چالش‌هایی در ادغام این سیستم‌ها در IC های اختصاصی دارد.
نتیجه‌گیری
مفهوم BMS در ابتدا در خارج از کشور توسعه یافت و طراحی‌های اولیه IC بر تشخیص ولتاژ و دما متمرکز بود. مفهوم متعادل‌سازی بعداً معرفی شد که در ابتدا با استفاده از روش‌های تخلیه مقاومتی ادغام‌شده در ICها انجام می‌شد. این رویکرد اکنون گسترده است و شرکت‌هایی مانند TI، MAXIM و LINEAR چنین تراشه‌هایی را تولید می‌کنند و برخی از آنها درایورهای سوئیچ را در تراشه‌ها ادغام می‌کنند.
از اصول و نمودارهای متعادل‌سازی غیرفعال، اگر یک بسته باتری را با یک بشکه مقایسه کنیم، سلول‌ها مانند میله‌ها هستند. سلول‌هایی که انرژی بیشتری دارند، تخته‌های بلند و سلول‌هایی که انرژی کمتری دارند، تخته‌های کوتاه هستند. متعادل‌سازی غیرفعال فقط تخته‌های بلند را "کوتاه" می‌کند و در نتیجه باعث اتلاف انرژی و ناکارآمدی می‌شود. این روش محدودیت‌هایی دارد، از جمله اتلاف گرمای قابل توجه و اثرات متعادل‌سازی کند در بسته‌های باتری با ظرفیت بالا.
در مقابل، متعادل‌سازی فعال، «تخته‌های کوتاه را پر می‌کند» و انرژی را از سلول‌های با انرژی بالاتر به سلول‌های با انرژی پایین‌تر منتقل می‌کند و در نتیجه راندمان بالاتر و دستیابی سریع‌تر به تعادل را به همراه دارد. با این حال، این روش پیچیدگی و مسائل مربوط به هزینه را به همراه چالش‌هایی در طراحی ماتریس‌های سوئیچ و کنترل درایوها ایجاد می‌کند.
با توجه به این مزایا، متعادل‌سازی غیرفعال ممکن است برای سلول‌هایی با سازگاری خوب مناسب باشد، در حالی که متعادل‌سازی فعال برای سلول‌هایی با اختلافات بیشتر ارجحیت دارد.
زمان ارسال: ۲۷ آگوست ۲۰۲۴
