Bộ pin lithium giống như động cơ không được bảo trì; MộtBMSkhông có chức năng cân bằng chỉ đơn thuần là một công cụ thu thập dữ liệu và không thể được coi là một hệ thống quản lý. Cả cân bằng chủ động và thụ động đều nhằm mục đích loại bỏ sự không nhất quán trong bộ pin, nhưng nguyên tắc thực hiện của chúng về cơ bản là khác nhau.
Để rõ ràng, bài viết này định nghĩa cân bằng do BMS khởi tạo thông qua các thuật toán là cân bằng chủ động, trong khi cân bằng sử dụng điện trở để tiêu tán năng lượng được gọi là cân bằng thụ động. Cân bằng chủ động liên quan đến việc truyền năng lượng, trong khi cân bằng thụ động liên quan đến việc tiêu tán năng lượng.
Nguyên tắc thiết kế bộ pin cơ bản
- Quá trình sạc phải dừng khi ô đầu tiên được sạc đầy.
- Quá trình xả phải kết thúc khi tế bào đầu tiên cạn kiệt.
- Các tế bào yếu hơn già đi nhanh hơn các tế bào mạnh hơn.
- -he tế bào có mức sạc yếu nhất cuối cùng sẽ hạn chế bộ pin'khả năng sử dụng của nó (liên kết yếu nhất).
- Độ dốc nhiệt độ hệ thống trong bộ pin làm cho các tế bào hoạt động ở nhiệt độ trung bình cao hơn yếu hơn.
- Nếu không cân bằng, chênh lệch điện áp giữa các tế bào yếu nhất và mạnh nhất sẽ tăng lên sau mỗi chu kỳ sạc và xả. Cuối cùng, một ô sẽ đạt đến điện áp tối đa trong khi một ô khác gần đạt đến điện áp tối thiểu, cản trở khả năng sạc và xả của gói.
Do sự không khớp của các tế bào theo thời gian và các điều kiện nhiệt độ khác nhau khi lắp đặt nên việc cân bằng tế bào là điều cần thiết.
Pin lithium-ion chủ yếu gặp phải hai loại không khớp: sạc không khớp và dung lượng không khớp. Việc sạc không khớp xảy ra khi các ô có cùng công suất dần dần khác nhau về điện tích. Sự không phù hợp về dung lượng xảy ra khi các ô có dung lượng ban đầu khác nhau được sử dụng cùng nhau. Mặc dù các tế bào thường được kết hợp tốt nếu chúng được sản xuất cùng thời điểm với các quy trình sản xuất tương tự, nhưng sự không phù hợp có thể phát sinh từ các tế bào không rõ nguồn gốc hoặc có sự khác biệt đáng kể trong quá trình sản xuất.
Cân bằng chủ động và cân bằng thụ động
1. Mục đích
Bộ pin bao gồm nhiều ô được kết nối nối tiếp, khó có thể giống hệt nhau. Cân bằng đảm bảo rằng độ lệch điện áp của tế bào được giữ trong phạm vi dự kiến, duy trì khả năng sử dụng và khả năng kiểm soát tổng thể, từ đó ngăn ngừa hư hỏng và kéo dài tuổi thọ pin.
2. So sánh thiết kế
- Cân bằng thụ động: Thường xả các tế bào có điện áp cao hơn bằng cách sử dụng điện trở, chuyển năng lượng dư thừa thành nhiệt. Phương pháp này kéo dài thời gian sạc cho các cell khác nhưng hiệu quả lại thấp hơn.
- Cân bằng chủ động: Một kỹ thuật phức tạp giúp phân phối lại điện tích trong các tế bào trong chu kỳ sạc và xả, giảm thời gian sạc và kéo dài thời gian phóng điện. Nó thường sử dụng chiến lược cân bằng đáy trong quá trình xả và chiến lược cân bằng đỉnh trong quá trình sạc.
- So sánh ưu và nhược điểm: Cân bằng thụ động đơn giản hơn, rẻ hơn nhưng kém hiệu quả hơn vì nó lãng phí năng lượng dưới dạng nhiệt và có tác dụng cân bằng chậm hơn. Cân bằng chủ động hiệu quả hơn, truyền năng lượng giữa các tế bào, giúp cải thiện hiệu quả sử dụng tổng thể và đạt được sự cân bằng nhanh hơn. Tuy nhiên, nó liên quan đến các cấu trúc phức tạp và chi phí cao hơn, kèm theo những thách thức trong việc tích hợp các hệ thống này vào các IC chuyên dụng.
Phần kết luận
Khái niệm BMS ban đầu được phát triển ở nước ngoài, với các thiết kế vi mạch ban đầu tập trung vào phát hiện điện áp và nhiệt độ. Khái niệm cân bằng sau đó được đưa ra, ban đầu sử dụng phương pháp phóng điện trở được tích hợp trong IC. Cách tiếp cận này hiện đã phổ biến, với các công ty như TI, MAXIM và LINEAR sản xuất những con chip như vậy, một số tích hợp trình điều khiển chuyển mạch vào chip.
Từ nguyên lý và sơ đồ cân bằng thụ động, nếu so sánh một bộ pin với một cái thùng thì các ô cũng giống như những cây gậy. Các tế bào có năng lượng cao hơn là những tấm ván dài và những tế bào có năng lượng thấp hơn là những tấm ván ngắn. Cân bằng thụ động chỉ “rút ngắn” những tấm ván dài, dẫn đến lãng phí năng lượng và kém hiệu quả. Phương pháp này có những hạn chế, bao gồm tản nhiệt đáng kể và hiệu ứng cân bằng chậm trong các gói dung lượng lớn.
Ngược lại, cân bằng chủ động sẽ "lấp đầy các tấm ván ngắn", chuyển năng lượng từ tế bào có năng lượng cao hơn sang tế bào có năng lượng thấp hơn, dẫn đến hiệu quả cao hơn và đạt được sự cân bằng nhanh hơn. Tuy nhiên, nó đưa ra các vấn đề phức tạp và chi phí, cùng với những thách thức trong việc thiết kế ma trận chuyển mạch và điều khiển truyền động.
Với sự đánh đổi, cân bằng thụ động có thể phù hợp với các ô có tính nhất quán tốt, trong khi cân bằng chủ động thích hợp hơn với các ô có sự khác biệt lớn hơn.
Thời gian đăng: 27-08-2024
