แบตเตอรี่ลิเธียมเปรียบเสมือนเครื่องยนต์ที่ขาดการบำรุงรักษาบีเอ็มเอสการที่ไม่มีฟังก์ชันปรับสมดุลนั้นเป็นเพียงตัวรวบรวมข้อมูลและไม่สามารถถือเป็นระบบการจัดการได้ ทั้งการปรับสมดุลแบบแอคทีฟและแบบพาสซีฟมีเป้าหมายเพื่อขจัดความไม่สอดคล้องกันภายในชุดแบตเตอรี่ แต่หลักการใช้งานของทั้งสองแบบมีความแตกต่างกันโดยพื้นฐาน
เพื่อความชัดเจน บทความนี้นิยามการปรับสมดุลที่เริ่มต้นโดย BMS ผ่านอัลกอริทึมว่าเป็นการปรับสมดุลแบบแอคทีฟ ในขณะที่การปรับสมดุลที่ใช้ตัวต้านทานเพื่อกระจายพลังงานเรียกว่าการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ การปรับสมดุลแบบแอคทีฟเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงาน ในขณะที่การปรับสมดุลแบบพาสซีฟเกี่ยวข้องกับการกระจายพลังงาน
หลักการออกแบบชุดแบตเตอรี่พื้นฐาน
- การชาร์จจะต้องหยุดเมื่อเซลล์แรกชาร์จเต็มแล้ว
- การคายประจุจะต้องสิ้นสุดเมื่อเซลล์แรกหมดลง
- เซลล์ที่อ่อนแอจะแก่เร็วกว่าเซลล์ที่แข็งแรงกว่า
- -เซลล์ที่มีประจุอ่อนที่สุดจะจำกัดแพ็คแบตเตอรี่ในที่สุด-ความจุที่ใช้ได้ (จุดอ่อนที่สุด)
- การไล่ระดับอุณหภูมิของระบบภายในชุดแบตเตอรี่ทำให้เซลล์ที่ทำงานที่อุณหภูมิเฉลี่ยสูงขึ้นอ่อนแอลง
- หากไม่ปรับสมดุล ความต่างศักย์ระหว่างเซลล์ที่อ่อนที่สุดและเซลล์ที่แข็งแรงที่สุดจะเพิ่มขึ้นในแต่ละรอบการชาร์จและคายประจุ ในที่สุด เซลล์หนึ่งจะเข้าใกล้แรงดันไฟฟ้าสูงสุด ขณะที่อีกเซลล์หนึ่งจะเข้าใกล้แรงดันไฟฟ้าต่ำสุด ส่งผลให้ประสิทธิภาพการชาร์จและคายประจุของชุดแบตเตอรี่ลดลง
เนื่องจากความไม่ตรงกันของเซลล์ในแต่ละช่วงเวลาและสภาวะอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไปจากการติดตั้ง การปรับสมดุลเซลล์จึงมีความจำเป็น
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักเผชิญกับความไม่ตรงกันสองประเภทหลักๆ ได้แก่ ความไม่ตรงกันในการชาร์จและความไม่ตรงกันของความจุ ความไม่ตรงกันในการชาร์จเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ที่มีความจุเท่ากันค่อยๆ มีการเปลี่ยนแปลงของประจุ ความไม่ตรงกันของความจุเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ที่มีความจุเริ่มต้นต่างกันถูกนำมาใช้ร่วมกัน แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วเซลล์จะเข้ากันได้ดีหากผลิตในช่วงเวลาใกล้เคียงกันด้วยกระบวนการผลิตที่คล้ายคลึงกัน แต่ความไม่ตรงกันอาจเกิดขึ้นได้จากเซลล์ที่ไม่ทราบแหล่งที่มาหรือความแตกต่างในการผลิตที่สำคัญ
การปรับสมดุลแบบแอคทีฟเทียบกับการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ
1. วัตถุประสงค์
ชุดแบตเตอรี่ประกอบด้วยเซลล์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจำนวนมาก ซึ่งไม่น่าจะเหมือนกันทุกประการ การปรับสมดุลช่วยให้มั่นใจได้ว่าค่าความเบี่ยงเบนของแรงดันไฟฟ้าของเซลล์จะอยู่ในช่วงที่คาดไว้ ช่วยรักษาการใช้งานและการควบคุมโดยรวม จึงช่วยป้องกันความเสียหายและยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่
2. การเปรียบเทียบการออกแบบ
- การปรับสมดุลแบบพาสซีฟ: โดยทั่วไปจะคายประจุเซลล์ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงโดยใช้ตัวต้านทาน โดยแปลงพลังงานส่วนเกินเป็นความร้อน วิธีการนี้ช่วยยืดระยะเวลาการชาร์จสำหรับเซลล์อื่นๆ แต่มีประสิทธิภาพต่ำกว่า
- การปรับสมดุลแบบแอคทีฟ: เทคนิคที่ซับซ้อนซึ่งกระจายประจุภายในเซลล์ระหว่างรอบการชาร์จและการปล่อยประจุ ช่วยลดเวลาในการชาร์จและยืดระยะเวลาการปล่อยประจุ โดยทั่วไปจะใช้กลยุทธ์การปรับสมดุลด้านล่างระหว่างการปล่อยประจุ และกลยุทธ์การปรับสมดุลด้านบนระหว่างการชาร์จ
- การเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสีย: การปรับสมดุลแบบพาสซีฟนั้นง่ายกว่าและถูกกว่า แต่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า เนื่องจากสิ้นเปลืองพลังงานในรูปของความร้อน และมีผลในการปรับสมดุลที่ช้ากว่า การปรับสมดุลแบบแอคทีฟมีประสิทธิภาพมากกว่า โดยถ่ายโอนพลังงานระหว่างเซลล์ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานโดยรวมและสร้างสมดุลได้เร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม การปรับสมดุลนี้เกี่ยวข้องกับโครงสร้างที่ซับซ้อนและต้นทุนที่สูงขึ้น รวมถึงความท้าทายในการผสานรวมระบบเหล่านี้เข้ากับวงจรรวมเฉพาะ
บทสรุป
แนวคิดของ BMS ได้รับการพัฒนาในต่างประเทศในช่วงแรก โดยการออกแบบวงจรรวม (IC) ในยุคแรกเน้นที่การตรวจจับแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิ ต่อมาแนวคิดเรื่องการปรับสมดุลได้รับการนำเสนอ โดยเริ่มแรกใช้วิธีการคายประจุแบบต้านทานที่รวมอยู่ในวงจรรวม วิธีการนี้แพร่หลายในปัจจุบัน โดยมีบริษัทต่างๆ เช่น TI, MAXIM และ LINEAR ผลิตชิปดังกล่าว และบางรายได้รวมไดรเวอร์สวิตช์เข้ากับชิปด้วย
จากหลักการและแผนภาพการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ หากเปรียบเทียบชุดแบตเตอรี่กับถัง เซลล์จะมีลักษณะเหมือนเสา เซลล์ที่มีพลังงานสูงกว่าจะเป็นแผ่นยาว และเซลล์ที่มีพลังงานต่ำกว่าจะเป็นแผ่นสั้น การปรับสมดุลแบบพาสซีฟจะ "สั้นลง" เฉพาะแผ่นยาวเท่านั้น ส่งผลให้เกิดการสูญเสียพลังงานและประสิทธิภาพที่ลดลง วิธีการนี้มีข้อจำกัด เช่น การกระจายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญและผลกระทบจากการปรับสมดุลที่ช้าในชุดแบตเตอรี่ที่มีความจุสูง
ในทางตรงกันข้าม การปรับสมดุลแบบแอคทีฟจะ "เติมเต็มแผ่นไม้สั้น" โดยถ่ายโอนพลังงานจากเซลล์พลังงานสูงไปยังเซลล์พลังงานต่ำ ส่งผลให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและบรรลุความสมดุลได้เร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ทำให้เกิดปัญหาความซับซ้อนและต้นทุน รวมถึงความท้าทายในการออกแบบเมทริกซ์สวิตช์และการควบคุมไดรฟ์
เมื่อพิจารณาถึงการแลกเปลี่ยน การปรับสมดุลแบบพาสซีฟอาจเหมาะสำหรับเซลล์ที่มีความสม่ำเสมอที่ดี ในขณะที่การปรับสมดุลแบบแอ็คทีฟจะดีกว่าสำหรับเซลล์ที่มีความคลาดเคลื่อนมากกว่า
เวลาโพสต์: 27 ส.ค. 2567
