Bộ pin lithium giống như động cơ không được bảo dưỡng; mộtHệ thống quản lý hành chính (BMS)Nếu không có chức năng cân bằng, nó chỉ đơn thuần là một bộ 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 triển khai của chúng về cơ bản là khác nhau.
Để rõ ràng hơn, bài viết này định nghĩa cân bằng được khởi tạo bởi 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 thiết kế bộ pin cơ bản
- Quá trình sạc phải dừng lại khi cell pin đầu tiên được sạc đầy.
- Quá trình xả phải kết thúc khi pin đầu tiên cạn kiệt.
- Tế bào yếu hơn sẽ lão hóa nhanh hơn tế bào khỏe hơn.
- -Pin có điện tích yếu nhất cuối cùng sẽ giới hạn bộ pin'công suất sử dụng được (điểm yếu nhất).
- Sự chênh lệch nhiệt độ của hệ thống bên trong bộ pin khiến các cell pin hoạt động ở nhiệt độ trung bình cao hơn trở nên yếu hơn.
- Nếu không cân bằng, chênh lệch điện áp giữa cell yếu nhất và cell mạnh nhất sẽ tăng lên sau mỗi chu kỳ sạc và xả. Cuối cùng, một cell sẽ đạt điện áp tối đa trong khi cell khác đạt điện áp tối thiểu, làm giảm khả năng sạc và xả của bộ pin.
Do sự không đồng đều của các cell theo thời gian và điều kiện nhiệt độ thay đổi khi lắp đặt nên việc cân bằng cell là điều cần thiết.
Pin lithium-ion chủ yếu gặp phải hai loại không khớp: không khớp sạc và không khớp dung lượng. Không khớp sạc xảy ra khi các cell pin có cùng dung lượng dần dần khác biệt về điện tích. Không khớp dung lượng xảy ra khi các cell pin có dung lượng ban đầu khác nhau được sử dụng cùng nhau. Mặc dù các cell pin thường được cho là khớp tốt nếu chúng được sản xuất cùng thời điểm với quy trình sản xuất tương tự, nhưng sự không khớp có thể phát sinh từ các cell pin 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 pin được kết nối nối tiếp, và chúng khó có thể giống hệt nhau. Việc cân bằng đảm bảo độ lệch điện áp của cell pin nằm trong phạm vi dự kiến, duy trì khả năng sử dụng và kiểm soát tổng thể, do đó ngăn ngừa hư hỏng và kéo dài tuổi thọ pin.
2. So sánh thiết kế
- Cân bằng thụ động: Thường xả pin điện áp cao hơn bằng điện trở, chuyển đổi năng lượng dư thừa thành nhiệt. Phương pháp này kéo dài thời gian sạc cho các pin khác nhưng hiệu suất thấp hơn.
- Cân bằng chủ động: Một kỹ thuật phức tạp giúp phân phối lại điện tích 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 và nhược điểm: Cân bằng thụ động đơn giản hơn 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 sự cân bằng nhanh hơn. Tuy nhiên, nó liên quan đến cấu trúc phức tạp và chi phí cao hơn, cùng với những thách thức trong việc tích hợp các hệ thống này vào IC chuyên dụng.
Phần kết luận
Khái niệm BMS ban đầu được phát triển ở nước ngoài, với các thiết kế IC ban đầu tập trung vào phát hiện điện áp và nhiệt độ. Khái niệm cân bằng sau đó được giới thiệu, ban đầu sử dụng phương pháp phóng điện trở được tích hợp vào IC. Phương pháp này hiện đã phổ biến rộng rãi, với các công ty như TI, MAXIM và LINEAR sản xuất các chip như vậy, một số còn tích hợp trình điều khiển chuyển mạch vào chip.
Từ các nguyên lý và sơ đồ cân bằng thụ động, nếu so sánh một bộ pin với một thùng pin, các cell pin giống như những thanh gỗ. Các cell pin có năng lượng cao hơn là những tấm ván dài, và những cell pin có năng lượng thấp hơn là những tấm ván ngắn. Cân bằng thụ động chỉ "làm ngắn" các 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 bộ pin dung lượng lớn.
Ngược lại, cân bằng chủ động "lấp đầy các tấm ván ngắn", truyền năng lượng từ các tế bào năng lượng cao hơn sang các tế bào năng lượng thấp hơn, mang lại hiệu suất cao hơn và đạt được sự cân bằng nhanh hơn. Tuy nhiên, nó cũng phát sinh các vấn đề về độ phức tạp và chi phí, với những thách thức trong việc thiết kế ma trận chuyển mạch và điều khiển bộ truyền động.
Xét về những đánh đổi, cân bằng thụ động có thể phù hợp với các tế bào có độ đồng nhất tốt, trong khi cân bằng chủ động được ưu tiên hơn đối với các tế bào có sự khác biệt lớn hơn.
Thời gian đăng: 27-08-2024
