I pacchi batterie al litio sono come motori privi di manutenzione; UNBMSsenza funzione di bilanciamento è un semplice raccoglitore di dati e non può essere considerato un sistema di gestione. Sia il bilanciamento attivo che quello passivo mirano a eliminare le incoerenze all'interno di un pacco batteria, ma i loro principi di implementazione sono fondamentalmente diversi.
Per chiarezza, questo articolo definisce il bilanciamento avviato dal BMS tramite algoritmi come bilanciamento attivo, mentre il bilanciamento che utilizza resistori per dissipare energia è definito bilanciamento passivo. Il bilanciamento attivo comporta il trasferimento di energia, mentre il bilanciamento passivo comporta la dissipazione di energia.
Principi di progettazione di base del pacco batteria
- La ricarica deve interrompersi quando la prima cella è completamente carica.
- La scarica deve terminare quando la prima cella è esaurita.
- Le cellule più deboli invecchiano più velocemente di quelle più forti.
- -La cella con la carica più debole alla fine limiterà la batteria's capacità utilizzabile (l'anello più debole).
- Il gradiente di temperatura del sistema all'interno del pacco batteria rende più deboli le celle che funzionano a temperature medie più elevate.
- Senza bilanciamento, la differenza di tensione tra le celle più deboli e quelle più forti aumenta ad ogni ciclo di carica e scarica. Alla fine, una cella si avvicinerà alla tensione massima mentre un'altra si avvicinerà alla tensione minima, impedendo le capacità di carica e scarica del pacco.
A causa della mancata corrispondenza delle celle nel tempo e delle condizioni di temperatura variabili a partire dall'installazione, il bilanciamento delle celle è essenziale.
Le batterie agli ioni di litio affrontano principalmente due tipi di disadattamento: disadattamento di carica e disadattamento di capacità. La mancata corrispondenza della carica si verifica quando celle della stessa capacità differiscono gradualmente nella carica. La mancata corrispondenza della capacità si verifica quando vengono utilizzate insieme celle con capacità iniziali diverse. Sebbene le celle siano generalmente ben abbinate se vengono prodotte nello stesso periodo con processi di produzione simili, possono verificarsi disallineamenti da celle con fonti sconosciute o differenze di produzione significative.
Bilanciamento attivo vs. bilanciamento passivo
1. Scopo
I pacchi batteria sono costituiti da molte celle collegate in serie, che difficilmente sono identiche. Il bilanciamento garantisce che le deviazioni della tensione delle celle siano mantenute entro gli intervalli previsti, mantenendo l'usabilità e la controllabilità complessive, prevenendo così danni e prolungando la durata della batteria.
2. Confronto di progetti
- Bilanciamento passivo: in genere scarica le celle a voltaggio più elevato utilizzando resistori, convertendo l'energia in eccesso in calore. Questo metodo prolunga il tempo di ricarica per altre celle ma ha un'efficienza inferiore.
- Bilanciamento attivo: una tecnica complessa che ridistribuisce la carica all'interno delle celle durante i cicli di carica e scarica, riducendo il tempo di ricarica ed estendendo la durata della scarica. Generalmente utilizza strategie di bilanciamento del basso durante la scarica e strategie di bilanciamento dell'alto durante la carica.
- Confronto pro e contro: Il bilanciamento passivo è più semplice ed economico ma meno efficiente, poiché spreca energia sotto forma di calore e ha effetti di bilanciamento più lenti. Il bilanciamento attivo è più efficiente poiché trasferisce energia tra le celle, migliorando l'efficienza complessiva di utilizzo e raggiungendo l'equilibrio più rapidamente. Tuttavia, comporta strutture complesse e costi più elevati, con sfide nell’integrazione di questi sistemi in circuiti integrati dedicati.
Conclusione
Il concetto di BMS è stato inizialmente sviluppato all’estero, con i primi progetti di circuiti integrati incentrati sul rilevamento di tensione e temperatura. Il concetto di bilanciamento è stato introdotto successivamente, inizialmente utilizzando metodi di scarica resistiva integrati nei circuiti integrati. Questo approccio è ormai diffuso, con aziende come TI, MAXIM e LINEAR che producono tali chip, alcune integrando driver di commutazione nei chip.
Dai principi e dai diagrammi del bilanciamento passivo, se un pacco batteria viene paragonato a un barile, le celle sono come le doghe. Le cellule con energia più elevata sono assi lunghe, mentre quelle con energia inferiore sono assi corte. Il bilanciamento passivo non fa altro che "accorciare" le assi lunghe, con conseguente spreco di energia e inefficienze. Questo metodo presenta dei limiti, tra cui una significativa dissipazione del calore e lenti effetti di bilanciamento nei pacchi di grande capacità.
Il bilanciamento attivo, al contrario, "riempie le assi corte", trasferendo energia dalle cellule ad alta energia a quelle a bassa energia, con conseguente maggiore efficienza e raggiungimento più rapido dell'equilibrio. Tuttavia, introduce problemi di complessità e costi, con sfide nella progettazione di matrici di interruttori e nel controllo degli azionamenti.
Considerati i compromessi, il bilanciamento passivo può essere adatto per celle con buona consistenza, mentre il bilanciamento attivo è preferibile per celle con maggiori discrepanze.
Orario di pubblicazione: 27 agosto 2024
