تشبه حزم بطارية الليثيوم المحركات التي تفتقر إلى الصيانة ؛ أBMSبدون وظيفة التوازن هو مجرد جامع للبيانات ولا يمكن اعتباره نظام إدارة. تهدف كل من التوازن النشط والسلبي إلى التخلص من التناقضات داخل حزمة البطارية ، ولكن مبادئ تنفيذها مختلفة اختلافًا جذريًا.
للتوضيح ، يعرّف هذا المقال الموازنة التي بدأها BMS من خلال الخوارزميات على أنها موازنة نشطة ، في حين أن الموازنة التي تستخدم مقاومات تبديد الطاقة تسمى الموازنة السلبية. التوازن النشط ينطوي على نقل الطاقة ، في حين أن التوازن السلبي ينطوي على تبديد الطاقة.
مبادئ تصميم حزمة البطارية الأساسية
- يجب أن يتوقف الشحن عندما يتم شحن الخلية الأولى بالكامل.
- يجب أن ينتهي التفريغ عند استنفاد الخلية الأولى.
- الخلايا الأضعف العمر أسرع من الخلايا الأقوى.
- -الخلية التي لديها أضعف شحن سوف تحد في نهاية المطاف من حزمة البطارية'س القدرة القابلة للاستخدام (أضعف رابط).
- يجعل التدرج في درجة حرارة النظام داخل حزمة البطارية الخلايا التي تعمل في درجات حرارة أعلى أعلى.
- دون موازنة ، يزداد فرق الجهد بين الأضعف والأقوى خلايا مع كل دورة شحنة وتصريف. في النهاية ، ستتعامل خلية واحدة من الجهد القصوى بينما يقترب آخر من الحد الأدنى من الجهد ، مما يعوق قدرات الشحن والتفريغ للحزمة.
بسبب عدم تطابق الخلايا مع مرور الوقت وظروف درجات الحرارة المتغيرة من التثبيت ، فإن موازنة الخلية ضرورية.
تواجه بطاريات الليثيوم أيون في المقام الأول نوعين من عدم التطابق: شحن عدم التطابق وعدم تطابق السعة. يحدث عدم تطابق الشحن عندما تختلف الخلايا ذات السعة نفسها تدريجياً. يحدث عدم تطابق السعة عند استخدام الخلايا ذات القدرات الأولية المختلفة معًا. على الرغم من أن الخلايا متطابقة بشكل عام إذا تم إنتاجها في نفس الوقت تقريبًا مع عمليات تصنيع مماثلة ، إلا أن عدم التطابق يمكن أن تنشأ من الخلايا ذات المصادر غير المعروفة أو اختلافات في التصنيع كبيرة.
التوازن النشط مقابل التوازن السلبي
1. الغرض
تتكون حزم البطارية من العديد من الخلايا المتصلة بالسلسلة ، والتي من غير المرجح أن تكون متطابقة. يضمن الموازنة أن يتم الاحتفاظ بانحرافات جهد الخلايا ضمن النطاقات المتوقعة ، والحفاظ على قابلية الاستخدام بشكل عام وقابلية التحكم ، وبالتالي منع الأضرار وتوسيع عمر البطارية.
2. مقارنة التصميم
- الموازنة السلبية: عادةً ما يصيب خلايا الجهد الأعلى باستخدام المقاومات ، وتحويل الطاقة الزائدة إلى حرارة. هذه الطريقة تمتد وقت الشحن للخلايا الأخرى ولكن لديها كفاءة أقل.
- التوازن النشط: تقنية معقدة تعيد توزيع الشحن داخل الخلايا أثناء دورات الشحن والتفريغ ، مما يقلل من وقت الشحن وتوسيع مدة التفريغ. تستخدم بشكل عام استراتيجيات الموازنة السفلية أثناء التفريغ واستراتيجيات الموازنة العليا أثناء الشحن.
- إيجابيات وسلبيات المقارنة: الموازنة السلبية أبسط وأرخص ولكنها أقل كفاءة ، حيث تضيع الطاقة مثل الحرارة ولها آثار موازنة أبطأ. التوازن النشط أكثر كفاءة ، حيث ينقل الطاقة بين الخلايا ، مما يحسن كفاءة الاستخدام بشكل عام ويحقق التوازن بسرعة أكبر. ومع ذلك ، فإنه يتضمن هياكل معقدة وزيادة التكاليف ، مع التحديات في دمج هذه الأنظمة في ICs مخصصة.
خاتمة
تم تطوير مفهوم BMS في البداية في الخارج ، حيث تركز تصميمات IC المبكرة على الجهد والكشف عن درجة الحرارة. تم تقديم مفهوم الموازنة لاحقًا ، وذلك في البداية باستخدام طرق التفريغ المقاومة المدمجة في ICS. أصبح هذا النهج الآن واسع الانتشار ، حيث تنتج شركات مثل TI و Maxim و Linear مثل هذه الرقائق ، وبعض برامج تشغيل التبديل المدمجة في الرقائق.
من مبادئ الموازنة السلبية والمخططات ، إذا تمت مقارنة حزمة البطارية بالبرميل ، فإن الخلايا تشبه العصي. الخلايا التي لديها طاقة أعلى هي ألواح طويلة ، وتلك التي لديها طاقة أقل من الألواح القصيرة. الموازنة السلبية فقط "تقصر" الألواح الطويلة ، مما أدى إلى إهدار الطاقة وعدم الكفاءة. هذه الطريقة لها قيود ، بما في ذلك تبديد حرارة كبير وتأثيرات موازنة بطيئة في عبوات كبيرة.
على النقيض من ذلك ، فإن التوازن النشط "يملأ الألواح القصيرة" ، مما ينقل الطاقة من الخلايا ذات الطاقة الأعلى إلى الخلايا ذات الطاقة المنخفضة ، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة وتحقيق توازن أسرع. ومع ذلك ، فإنه يقدم مشكلات التعقيد والتكلفة ، مع التحديات في تصميم مصفوفات التبديل ومحركات التحكم.
بالنظر إلى المقايضات ، قد تكون الموازنة السلبية مناسبة للخلايا ذات الاتساق الجيد ، في حين أن التوازن النشط هو الأفضل للخلايا ذات التناقضات الأكبر.
وقت النشر: أغسطس -27-2024
