بسته های باتری لیتیوم مانند موتورهایی هستند که تعمیر و نگهداری ندارند. الفBMSبدون تابع متعادل کننده صرفاً یک جمع آوری داده است و نمی توان آن را یک سیستم مدیریتی در نظر گرفت. هدف تعادل فعال و غیرفعال حذف ناهماهنگی ها در بسته باتری است، اما اصول اجرای آنها اساساً متفاوت است.
برای وضوح، این مقاله تعادلی را که توسط BMS از طریق الگوریتم‌ها آغاز می‌شود به‌عنوان متعادل‌سازی فعال تعریف می‌کند، در حالی که تعادلی که از مقاومت‌ها برای اتلاف انرژی استفاده می‌کند، تعادل غیرفعال نامیده می‌شود. تعادل فعال شامل انتقال انرژی است، در حالی که تعادل غیرفعال شامل اتلاف انرژی است.
اصول اولیه طراحی بسته باتری
- وقتی اولین سلول کاملاً شارژ شد، شارژ باید متوقف شود.
- تخلیه باید زمانی پایان یابد که اولین سلول تمام شود.
- سلول‌های ضعیف‌تر سریعتر از سلول‌های قوی‌تر پیر می‌شوند.
- -سلولی با ضعیف ترین شارژ در نهایت بسته باتری را محدود می کند'ظرفیت قابل استفاده (ضعیف ترین پیوند).
- گرادیان دمای سیستم در بسته باتری باعث می شود سلول ها در دمای متوسط بالاتر ضعیف تر عمل کنند.
- بدون تعادل، اختلاف ولتاژ بین ضعیف ترین و قوی ترین سلول ها با هر چرخه شارژ و دشارژ افزایش می یابد. در نهایت، یک سلول به حداکثر ولتاژ نزدیک می شود، در حالی که دیگری به حداقل ولتاژ نزدیک می شود، که مانع از قابلیت شارژ و دشارژ بسته می شود.
به دلیل عدم تطابق سلول ها در طول زمان و شرایط دمایی متفاوت از زمان نصب، تعادل سلول ضروری است.
باتری های لیتیوم یون در درجه اول با دو نوع عدم تطابق مواجه هستند: عدم تطابق شارژ و عدم تطابق ظرفیت. عدم تطابق شارژ زمانی اتفاق می‌افتد که سلول‌هایی با ظرفیت یکسان به تدریج در شارژ متفاوت باشند. عدم تطابق ظرفیت زمانی اتفاق می‌افتد که سلول‌هایی با ظرفیت‌های اولیه متفاوت با هم استفاده شوند. اگر چه سلول‌ها معمولاً به خوبی تطبیق می‌یابند اگر تقریباً همزمان با فرآیندهای ساخت مشابه تولید شوند، عدم تطابق می‌تواند از سلول‌هایی با منابع ناشناخته یا تفاوت‌های تولیدی قابل توجه ناشی شود.
تعادل فعال در مقابل تعادل غیرفعال
1. هدف
بسته‌های باتری از سلول‌های متصل به سری زیادی تشکیل شده‌اند که بعید است که یکسان باشند. تعادل تضمین می کند که انحرافات ولتاژ سلول در محدوده مورد انتظار نگه داشته می شود، قابلیت استفاده و کنترل کلی را حفظ می کند، در نتیجه از آسیب جلوگیری می کند و عمر باتری را افزایش می دهد.
2. مقایسه طراحی
- تعادل غیرفعال: معمولاً سلول های ولتاژ بالاتر را با استفاده از مقاومت ها تخلیه می کند و انرژی اضافی را به گرما تبدیل می کند. این روش زمان شارژ سلول های دیگر را افزایش می دهد اما بازده کمتری دارد.
- متعادل‌سازی فعال: تکنیک پیچیده‌ای که بار را در سلول‌ها در طول چرخه‌های شارژ و دشارژ توزیع می‌کند و زمان شارژ را کاهش می‌دهد و مدت زمان تخلیه را افزایش می‌دهد. به طور کلی از استراتژی های تعادل پایین در هنگام تخلیه و استراتژی های بالانس بالا در هنگام شارژ استفاده می کند.
- مقایسه مزایا و معایب: تعادل غیرفعال ساده‌تر و ارزان‌تر است، اما کارآیی کمتری دارد، زیرا انرژی را به عنوان گرما هدر می‌دهد و اثرات متعادل‌کننده کندتری دارد. تعادل فعال کارآمدتر است و انرژی را بین سلول ها انتقال می دهد که کارایی کلی مصرف را بهبود می بخشد و تعادل را سریعتر به دست می آورد. با این حال، شامل ساختارهای پیچیده و هزینه های بالاتر، با چالش هایی در ادغام این سیستم ها در IC های اختصاصی است.
نتیجه گیری
مفهوم BMS در ابتدا در خارج از کشور توسعه یافت، با طراحی های اولیه IC که بر تشخیص ولتاژ و دما تمرکز داشتند. مفهوم متعادل سازی بعداً با استفاده از روش های تخلیه مقاومتی که در IC ها ادغام شده بودند، معرفی شد. این رویکرد در حال حاضر گسترده است، با شرکت هایی مانند TI، MAXIM، و LINEAR که چنین تراشه هایی را تولید می کنند و برخی از درایورهای سوئیچ را در تراشه ها ادغام می کنند.
از اصول و نمودارهای تعادل غیرفعال، اگر یک بسته باتری با یک بشکه مقایسه شود، سلول ها مانند چوب هستند. سلول های با انرژی بالاتر تخته های بلند و آنهایی که انرژی کمتری دارند تخته های کوتاه هستند. تعادل غیرفعال فقط تخته های بلند را "کوتاه" می کند و در نتیجه انرژی هدر رفته و ناکارآمدی می شود. این روش دارای محدودیت هایی از جمله اتلاف حرارت قابل توجه و اثرات متعادل کننده آهسته در بسته های با ظرفیت زیاد است.
در مقابل، متعادل‌سازی فعال، تخته‌های کوتاه را پر می‌کند، و انرژی را از سلول‌های پرانرژی به سلول‌های کم‌انرژی منتقل می‌کند و در نتیجه کارایی بالاتر و دستیابی سریعتر به تعادل را به همراه دارد. با این حال، مسائل پیچیدگی و هزینه را با چالش هایی در طراحی ماتریس سوئیچ و کنترل درایوها معرفی می کند.
با توجه به معاوضه ها، تعادل غیرفعال ممکن است برای سلول هایی با قوام خوب مناسب باشد، در حالی که متعادل سازی فعال برای سلول هایی با اختلاف بیشتر ترجیح داده می شود.
زمان ارسال: اوت-27-2024
