Bộ pin lithium giống như động cơ không cần bảo dưỡng;BMSNếu không có chức năng cân bằng, nó chỉ đơn thuần là một thiết bị 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 hơn, bài viết này định nghĩa việc cân bằng được khởi xướng bởi hệ thống quản lý pin (BMS) 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 cơ bản về thiết kế bộ pin
- Quá trình sạc phải dừng lại khi cell đầu tiên được sạc đầy.
- Quá trình xả điện phải kết thúc khi cell đầu tiên cạn kiệt.
- Các tế bào yếu hơn sẽ lão hóa nhanh hơn các tế bào khỏe mạnh.
- - Pin có điện tích yếu nhất cuối cùng sẽ giới hạn hiệu suất của bộ pin.'khả năng sử dụng được (mắt xích yếu nhất).
- Chênh lệch nhiệt độ trong hệ thống pin khiến các cell pin hoạt động ở nhiệt độ trung bình cao hơn sẽ yếu đi.
- Nếu không cân bằng, sự chênh lệch điện áp giữa các cell yếu nhất và mạnh nhất sẽ tăng lên sau mỗi chu kỳ sạc và xả. Cuối cùng, một cell sẽ đạt đến điện áp tối đa trong khi cell khác gần đạt điện áp tối thiểu, làm giảm khả năng sạc và xả của bộ pin.
Do sự không đồng nhất giữa các cell theo thời gian và điều kiện nhiệt độ thay đổi trong quá trình lắp đặt, việc cân bằng cell là rất cần thiết.
Pin lithium-ion chủ yếu gặp phải hai loại sai lệch: sai lệch sạc và sai lệch dung lượng. Sai lệch sạc xảy ra khi các cell có cùng dung lượng nhưng điện tích giảm dần. Sai lệch dung lượng xảy ra khi sử dụng cùng nhau các cell có dung lượng ban đầu khác nhau. Mặc dù các cell thường được ghép nối tốt nếu chúng được sản xuất cùng thời điểm với quy trình sản xuất tương tự, nhưng sự sai lệch vẫn có thể phát sinh từ các cell không rõ nguồn gốc hoặc có sự khác biệt đáng kể trong quá trình sản xuất.
Cân bằng chủ động so với cân bằng thụ động
1. Mục đích
Bộ pin bao gồm nhiều cell mắc nối tiếp, và các cell này khó có thể giống hệt nhau. Việc cân bằng đảm bảo độ lệch điện áp giữa các cell nằm trong phạm vi cho phép, duy trì khả năng sử dụng và điều khiển 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 điện áp của các cell cao hơn bằng cách sử dụng điện trở, chuyển đổi năng lượng dư thừa thành nhiệt. Phương pháp này kéo dài thời gian sạc cho các cell khác nhưng hiệu suất thấp hơn.
- Cân bằng chủ động: Một kỹ thuật phức tạp giúp phân bổ lại điện tích bên trong các cell pin trong suốt chu kỳ sạc và xả, giảm thời gian sạc và kéo dài thời gian xả. Kỹ thuật này 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 điểm và nhược điểm: Phương pháp cân bằng thụ động đơn giản và 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 cell, giúp cải thiện hiệu suất sử dụng tổng thể và đạt được trạng thái cân bằng nhanh hơn. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi cấu trúc phức tạp và chi phí cao hơn, cùng với những thách thức trong việc tích hợp các hệ thống này vào các IC chuyên dụng.
Phần kết luận
Khái niệm về hệ thống quản lý pin (BMS) ban đầu được phát triển ở nước ngoài, với các thiết kế mạch tích hợp (IC) ban đầu tập trung vào việc phát hiện điện áp và nhiệt độ. Khái niệm cân bằng được giới thiệu sau đó, ban đầu sử dụng các phương pháp xả điện trở tích hợp vào IC. Phương pháp này hiện nay đã được sử dụng rộng rãi, với các công ty như TI, MAXIM và LINEAR sản xuất các chip như vậy, một số tích hợp cả bộ điều khiển chuyển mạch vào chip.
Theo nguyên lý và sơ đồ cân bằng thụ động, nếu so sánh một bộ pin với một thùng gỗ, thì các cell pin giống như các thanh gỗ. Các cell có năng lượng cao hơn là những thanh dài, và những cell có năng lượng thấp hơn là những thanh ngắn. Cân bằng thụ động chỉ "làm ngắn" các thanh dài, dẫn đến lãng phí năng lượng và kém hiệu quả. Phương pháp này có những hạn chế, bao gồm sự tỏa nhiệt đáng kể và hiệu quả cân bằng chậm đối với các bộ pin dung lượng lớn.
Ngược lại, cân bằng chủ động "lấp đầy những khoảng trống năng lượng", chuyển năng lượng từ các ô có năng lượng cao hơn sang các ô có năng lượng thấp hơn, dẫn đến hiệu suất cao hơn và đạt được trạng thái cân bằng nhanh hơn. Tuy nhiên, phương pháp này lại gây ra sự phức tạp và vấn đề về chi phí, với những thách thức trong việc thiết kế ma trận chuyển mạch và điều khiển hệ thống truyền động.
Xét đến những ưu và nhược điểm, cân bằng thụ động có thể phù hợp với các tế bào có độ ổn định tốt, trong khi cân bằng chủ động lại thích hợp hơn cho các tế bào có độ sai lệch lớn hơn.
Thời gian đăng bài: 27/08/2024
