Liitiumakud on nagu mootorid, mida ei hooldata;BMSIlma tasakaalustusfunktsioonita on see vaid andmekoguja ja seda ei saa pidada haldussüsteemiks. Nii aktiivse kui ka passiivse tasakaalustamise eesmärk on kõrvaldada akupakis esinevad ebakõlad, kuid nende rakenduspõhimõtted on põhimõtteliselt erinevad.
Selguse huvides defineeritakse selles artiklis BMS-i poolt algoritmide abil algatatud tasakaalustamist aktiivse tasakaalustamisena, samas kui tasakaalustamist, mis kasutab energia hajutamiseks takisteid, nimetatakse passiivseks tasakaalustamiseks. Aktiivne tasakaalustamine hõlmab energiaülekannet, passiivne tasakaalustamine aga energia hajutamist.
Akupaki põhilised disainipõhimõtted
- Laadimine tuleb lõpetada, kui esimene aku on täielikult laetud.
- Tühjendamine peab lõppema, kui esimene element on tühjenenud.
- Nõrgemad rakud vananevad kiiremini kui tugevamad rakud.
- - kõige nõrgema laenguga element piirab lõpuks akupaki võimsust's kasutatav mahutavus (nõrgim lüli).
- Akupaki süsteemi temperatuurigradient muudab kõrgematel keskmistel temperatuuridel töötavad elemendid nõrgemaks.
- Ilma tasakaalustamiseta suureneb nõrgima ja tugevaima elemendi pinge erinevus iga laadimis- ja tühjendustsükliga. Lõpuks läheneb ühe elemendi pinge maksimaalsele tasemele, samas kui teise pinge läheneb minimaalsele, takistades aku laadimis- ja tühjendusvõimet.
Elementide aja jooksul esineva ebakõla ja paigaldusest tulenevate temperatuurimuutuste tõttu on elementide tasakaalustamine hädavajalik.
Liitiumioonakude puhul esineb peamiselt kahte tüüpi mittevastavust: laadimise mittevastavus ja mahtuvuse mittevastavus. Laadimise mittevastavus tekib siis, kui sama mahutavusega elementide laengu tase järk-järgult erineb. Mahtuvuse mittevastavus tekib siis, kui koos kasutatakse erineva algmahutavusega elemente. Kuigi elemendid on üldiselt hästi sobivad, kui need on toodetud umbes samal ajal sarnaste tootmisprotsessidega, võivad mittevastavused tekkida tundmatu päritoluga elementide või oluliste tootmiserinevuste tõttu.
Aktiivne tasakaalustamine vs. passiivne tasakaalustamine
1. Eesmärk
Akupakid koosnevad paljudest järjestikku ühendatud elementidest, mis tõenäoliselt ei ole identsed. Tasakaalustamine tagab, et elementide pinge kõikumised jäävad oodatud vahemikku, säilitades üldise kasutatavuse ja juhitavuse, ennetades seeläbi kahjustusi ja pikendades aku eluiga.
2. Disaini võrdlus
- Passiivne tasakaalustamine: Tavaliselt tühjendatakse kõrgema pingega elemente takistite abil, muutes liigse energia soojuseks. See meetod pikendab teiste elementide laadimisaega, kuid on madalama efektiivsusega.
- Aktiivne tasakaalustamine: keerukas tehnika, mis jaotab laengu elementide sees laadimis- ja tühjenemistsüklite ajal ümber, vähendades laadimisaega ja pikendades tühjenemise kestust. Üldiselt kasutatakse tühjendamise ajal alumist tasakaalustamisstrateegiat ja laadimise ajal ülemist tasakaalustamisstrateegiat.
- Plusside ja miinuste võrdlus: Passiivne tasakaalustamine on lihtsam ja odavam, kuid vähem efektiivne, kuna see raiskab energiat soojusena ja tasakaalustav toime on aeglasem. Aktiivne tasakaalustamine on tõhusam, kandes energiat elementide vahel, mis parandab üldist kasutustõhusust ja saavutab tasakaalu kiiremini. See hõlmab aga keerukaid struktuure ja kõrgemaid kulusid, millega kaasneb väljakutse nende süsteemide integreerimisel spetsiaalsetesse integraallülitustesse.
Kokkuvõte
BMS-i kontseptsioon töötati algselt välja välismaal, kusjuures varased integraallülituste disainid keskendusid pinge ja temperatuuri tuvastamisele. Hiljem võeti kasutusele tasakaalustamise kontseptsioon, kasutades algselt integraallülitustesse integreeritud takistuslikke tühjenemismeetodeid. See lähenemisviis on nüüdseks laialt levinud ning ettevõtted nagu TI, MAXIM ja LINEAR toodavad selliseid kiipe, mõned integreerivad kiipidesse lülitidraivereid.
Passiivse tasakaalustamise põhimõtete ja diagrammide põhjal, kui võrrelda akupakki tünniga, on elemendid nagu lauad. Suurema energiaga elemendid on pikad plangud ja madalama energiaga elemendid on lühikesed plangud. Passiivne tasakaalustamine ainult "lühendab" pikki planke, mille tulemuseks on energia raiskamine ja ebaefektiivsus. Sellel meetodil on piirangud, sealhulgas märkimisväärne soojuse hajumine ja aeglane tasakaalustamine suure mahutavusega akude puhul.
Aktiivne tasakaalustamine seevastu "täidab lühikesed plangud", kandes energiat kõrgema energiatarbega elementidelt madalama energiatarbega elementidele, mille tulemuseks on suurem efektiivsus ja kiirem tasakaalu saavutamine. See aga toob kaasa keerukuse ja kuluprobleemid, millega kaasnevad väljakutsed lülitusmaatriksite kujundamisel ja ajamite juhtimisel.
Arvestades kompromisse, võib passiivne tasakaalustamine sobida hea järjepidevusega lahtrite jaoks, samas kui aktiivne tasakaalustamine on eelistatav suuremate lahknevustega lahtrite jaoks.
Postituse aeg: 27. august 2024
