חבילות סוללות ליתיום הן כמו מנועים חסרי תחזוקה; אBMSללא פונקציית איזון הוא רק אוסף נתונים ואינו יכול להיחשב כמערכת ניהול. גם איזון אקטיבי וגם פסיבי שואפים לבטל חוסר עקביות בתוך ערכת סוללות, אך עקרונות היישום שלהם שונים מהותית.
לשם הבהירות, מאמר זה מגדיר איזון שיזם ה-BMS באמצעות אלגוריתמים כאיזון אקטיבי, בעוד איזון המשתמש בנגדים לפיזור אנרגיה מכונה איזון פסיבי. איזון אקטיבי כרוך בהעברת אנרגיה, ואילו איזון פסיבי כרוך בפיזור אנרגיה.
עקרונות עיצוב בסיסיים של ערכות סוללות
- הטעינה חייבת להפסיק כאשר התא הראשון נטען במלואו.
- הפריקה חייבת להסתיים כאשר התא הראשון מתרוקן.
- תאים חלשים יותר מזדקנים מהר יותר מאשר תאים חזקים יותר.
- התא עם המטען החלש ביותר יגביל בסופו של דבר את ערכת הסוללות'קיבולת השימושית של (החוליה החלשה ביותר).
- שיפוע טמפרטורת המערכת בתוך ערכת הסוללות הופך את התאים הפועלים בטמפרטורות ממוצעות גבוהות לחלשות יותר.
- ללא איזון, הפרש המתח בין התאים החלשים והחזקים ביותר גדל עם כל מחזור טעינה ופריקה. בסופו של דבר, תא אחד יתקרב למתח המקסימלי בעוד שתא אחר מתקרב למתח המינימלי, מה שיפריע ליכולות הטעינה והפריקה של החבילה.
בשל חוסר התאמה של תאים לאורך זמן ותנאי טמפרטורה משתנים מההתקנה, איזון תאים חיוני.
סוללות ליתיום-יון מתמודדות בעיקר עם שני סוגים של חוסר התאמה: חוסר התאמה של טעינה ואי התאמה בקיבולת. אי התאמה בטעינה מתרחשת כאשר תאים בעלי אותה קיבולת שונים בהדרגה בטעינה. אי התאמה בין קיבולת מתרחשת כאשר משתמשים בתאים בעלי יכולות ראשוניות שונות יחד. למרות שתאים בדרך כלל מתאימים היטב אם הם מיוצרים בערך באותו זמן עם תהליכי ייצור דומים, אי התאמה יכולה לנבוע מתאים עם מקורות לא ידועים או הבדלי ייצור משמעותיים.
איזון אקטיבי לעומת איזון פסיבי
1. מטרה
חבילות סוללות מורכבות מתאים רבים המחוברים בסדרה, אשר לא סביר שיהיו זהים. איזון מבטיח שסטיות מתח התא נשמרות בטווחים הצפויים, תוך שמירה על השימושיות והשליטה הכוללת, ובכך למנוע נזק ולהאריך את חיי הסוללה.
2. השוואת עיצוב
- איזון פסיבי: בדרך כלל פורק תאי מתח גבוה יותר באמצעות נגדים, וממיר עודפי אנרגיה לחום. שיטה זו מאריכה את זמן הטעינה עבור תאים אחרים אך היא בעלת יעילות נמוכה יותר.
- איזון פעיל: טכניקה מורכבת המפזרת מחדש את המטען בתוך התאים במהלך מחזורי טעינה ופריקה, מפחיתה את זמן הטעינה ומאריכה את משך הפריקה. הוא משתמש בדרך כלל באסטרטגיות איזון תחתון במהלך פריקה ואסטרטגיות איזון עליון במהלך הטעינה.
- השוואה בעד ונגד: איזון פסיבי הוא פשוט וזול יותר אך פחות יעיל, מכיוון שהוא מבזבז אנרגיה כחום ויש לו השפעות איזון איטיות יותר. איזון אקטיבי יעיל יותר, מעביר אנרגיה בין תאים, מה שמשפר את יעילות השימוש הכוללת ומשיג איזון מהר יותר. עם זאת, זה כרוך במבנים מורכבים ובעלויות גבוהות יותר, עם אתגרים בשילוב מערכות אלו ב-ICs ייעודיים.
מַסְקָנָה
הרעיון של BMS פותח בתחילה בחו"ל, עם תכנוני IC מוקדמים המתמקדים בזיהוי מתח וטמפרטורה. הרעיון של איזון הוצג מאוחר יותר, בתחילה תוך שימוש בשיטות פריקה התנגדות המשולבות ב-ICs. גישה זו נפוצה כעת, כאשר חברות כמו TI, MAXIM ו-LINEAR מייצרות שבבים כאלה, חלקן משלבות מנהלי מתגים בשבבים.
מעקרונות האיזון והדיאגרמות הפאסיביות, אם משווים ערכת סוללות לחבית, התאים הם כמו עמודים. תאים עם אנרגיה גבוהה יותר הם קרשים ארוכים, ואלה עם אנרגיה נמוכה יותר הם קרשים קצרים. איזון פסיבי רק "מקצר" את הקרשים הארוכים, מה שגורם לבזבוז אנרגיה וחוסר יעילות. לשיטה זו יש מגבלות, כולל פיזור חום משמעותי והשפעות איזון איטיות בחבילות קיבולת גדולות.
איזון אקטיבי, לעומת זאת, "ממלא את הקרשים הקצרים", מעביר אנרגיה מתאי אנרגיה גבוהה יותר לתאים בעלי אנרגיה נמוכה יותר, וכתוצאה מכך יעילות גבוהה יותר והשגת איזון מהירה יותר. עם זאת, הוא מציג בעיות מורכבות ועלויות, עם אתגרים בתכנון מטריצות מתגים ובקרה על כוננים.
בהינתן הפשרות, איזון פסיבי עשוי להתאים לתאים בעלי עקביות טובה, בעוד שאיזון אקטיבי עדיף לתאים עם פערים גדולים יותר.
זמן פרסום: 27 באוגוסט 2024
