แบตเตอรี่ลิเธียมเปรียบเสมือนเครื่องยนต์ที่ขาดการบำรุงรักษาบีเอ็มเอสหากไม่มีฟังก์ชันปรับสมดุล ก็เป็นเพียงตัวรวบรวมข้อมูลเท่านั้น และไม่สามารถถือเป็นระบบการจัดการได้ ทั้งการปรับสมดุลแบบแอ็คทีฟและแบบพาสซีฟมีจุดมุ่งหมายเพื่อขจัดความไม่สอดคล้องกันภายในชุดแบตเตอรี่ แต่หลักการใช้งานของทั้งสองแบบมีความแตกต่างกันโดยพื้นฐาน
เพื่อความชัดเจน บทความนี้ได้กำหนดการปรับสมดุลที่เริ่มต้นโดย BMS ผ่านอัลกอริทึมว่าเป็นการปรับสมดุลแบบแอ็คทีฟ ในขณะที่การปรับสมดุลที่ใช้ตัวต้านทานในการกระจายพลังงานเรียกว่าการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ การปรับสมดุลแบบแอ็คทีฟเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงาน ในขณะที่การปรับสมดุลแบบพาสซีฟเกี่ยวข้องกับการกระจายพลังงาน
หลักการออกแบบแบตเตอรี่พื้นฐาน
- การชาร์จจะต้องหยุดเมื่อเซลล์แรกชาร์จเต็มแล้ว
- การคายประจุจะต้องสิ้นสุดเมื่อเซลล์แรกหมดลง
- เซลล์ที่อ่อนแอจะแก่เร็วกว่าเซลล์ที่แข็งแรงกว่า
- -เซลล์ที่มีประจุไฟอ่อนที่สุดจะจำกัดจำนวนแบตเตอรี่ในที่สุด-ความจุที่สามารถใช้งานได้ (จุดอ่อนที่สุด)
- การไล่ระดับอุณหภูมิของระบบภายในชุดแบตเตอรี่ทำให้เซลล์ที่ทำงานในอุณหภูมิเฉลี่ยที่สูงขึ้นอ่อนแอลง
- หากไม่ปรับสมดุล ความต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างเซลล์ที่อ่อนที่สุดและแข็งแกร่งที่สุดจะเพิ่มขึ้นในแต่ละรอบการชาร์จและการปล่อยประจุ ในที่สุด เซลล์หนึ่งจะเข้าใกล้แรงดันไฟฟ้าสูงสุด ขณะที่อีกเซลล์หนึ่งเข้าใกล้แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำ ทำให้ความสามารถในการชาร์จและการปล่อยประจุของชุดแบตเตอรี่ลดลง
เนื่องจากเซลล์ไม่ตรงกันในแต่ละช่วงเวลาและสภาพอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไปจากการติดตั้ง การปรับสมดุลเซลล์จึงมีความจำเป็น
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักประสบปัญหาความไม่ตรงกัน 2 ประเภท ได้แก่ ความไม่ตรงกันในการชาร์จและความไม่ตรงกันในความจุ ความไม่ตรงกันในการชาร์จเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ที่มีความจุเท่ากันค่อยๆ แตกต่างกันในการชาร์จ ความไม่ตรงกันในความจุเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ที่มีความจุเริ่มต้นต่างกันถูกนำมาใช้ร่วมกัน แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วเซลล์จะมีความตรงกันได้ดีหากผลิตขึ้นในเวลาใกล้เคียงกันโดยใช้กระบวนการผลิตที่คล้ายคลึงกัน แต่ความไม่ตรงกันอาจเกิดขึ้นได้จากเซลล์ที่มีแหล่งที่มาที่ไม่รู้จักหรือความแตกต่างในการผลิตที่สำคัญ
การทรงตัวแบบแอ็คทีฟเทียบกับการทรงตัวแบบพาสซีฟ
1. วัตถุประสงค์
ชุดแบตเตอรี่ประกอบด้วยเซลล์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจำนวนมาก ซึ่งไม่น่าจะเหมือนกันทุกประการ การปรับสมดุลช่วยให้ค่าความเบี่ยงเบนของแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ยังคงอยู่ในช่วงที่คาดไว้ ทำให้ยังคงใช้งานได้และควบคุมได้โดยรวม จึงป้องกันความเสียหายและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ได้
2. การเปรียบเทียบการออกแบบ
- การปรับสมดุลแบบพาสซีฟ: โดยทั่วไปจะคายประจุเซลล์ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงโดยใช้ตัวต้านทาน โดยแปลงพลังงานส่วนเกินให้เป็นความร้อน วิธีนี้จะช่วยยืดเวลาการชาร์จสำหรับเซลล์อื่น แต่มีประสิทธิภาพต่ำกว่า
- การปรับสมดุลแบบแอ็คทีฟ: เทคนิคที่ซับซ้อนซึ่งกระจายประจุใหม่ภายในเซลล์ระหว่างรอบการชาร์จและการปล่อยประจุ ช่วยลดระยะเวลาในการชาร์จและขยายระยะเวลาการปล่อยประจุ โดยทั่วไปจะใช้กลยุทธ์การปรับสมดุลจากด้านล่างในระหว่างการปล่อยประจุ และกลยุทธ์การปรับสมดุลจากด้านบนในระหว่างการชาร์จ
- การเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสีย: การปรับสมดุลแบบพาสซีฟนั้นง่ายกว่าและถูกกว่าแต่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า เนื่องจากสิ้นเปลืองพลังงานเป็นความร้อน และมีผลในการปรับสมดุลที่ช้ากว่า การปรับสมดุลแบบแอ็คทีฟมีประสิทธิภาพมากกว่า โดยถ่ายโอนพลังงานระหว่างเซลล์ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้งานโดยรวมและสร้างสมดุลได้รวดเร็วยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและต้นทุนที่สูงขึ้น รวมถึงความท้าทายในการผสานรวมระบบเหล่านี้เข้ากับไอซีเฉพาะ
บทสรุป
แนวคิดของ BMS ได้รับการพัฒนาขึ้นในต่างประเทศในช่วงแรก โดยการออกแบบ IC ในยุคแรกเน้นที่การตรวจจับแรงดันไฟและอุณหภูมิ แนวคิดเรื่องการปรับสมดุลได้รับการแนะนำในภายหลัง โดยในช่วงแรกจะใช้วิธีการคายประจุแบบต้านทานที่รวมอยู่ใน IC แนวทางนี้แพร่หลายในปัจจุบัน โดยมีบริษัทต่างๆ เช่น TI, MAXIM และ LINEAR ผลิตชิปดังกล่าว และบางแห่งได้รวมไดรเวอร์สวิตช์เข้ากับชิปด้วย
จากหลักการและไดอะแกรมของการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ หากเปรียบเทียบชุดแบตเตอรี่กับถัง เซลล์จะมีลักษณะเหมือนไม้ค้ำ เซลล์ที่มีพลังงานสูงจะเป็นแผ่นยาว และเซลล์ที่มีพลังงานต่ำจะเป็นแผ่นสั้น การปรับสมดุลแบบพาสซีฟจะทำให้แผ่นยาว "สั้นลง" เท่านั้น ส่งผลให้พลังงานสูญเปล่าและไม่มีประสิทธิภาพ วิธีนี้มีข้อจำกัด เช่น การกระจายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญและผลกระทบจากการปรับสมดุลที่ช้าในชุดแบตเตอรี่ที่มีความจุขนาดใหญ่
ในทางตรงกันข้ามการปรับสมดุลแบบแอ็คทีฟจะ "เติมเต็มไม้กระดานสั้น" โดยถ่ายโอนพลังงานจากเซลล์ที่มีพลังงานสูงไปยังเซลล์ที่มีพลังงานต่ำ ส่งผลให้มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและบรรลุความสมดุลได้เร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ทำให้เกิดปัญหาความซับซ้อนและต้นทุน รวมถึงความท้าทายในการออกแบบเมทริกซ์สวิตช์และการควบคุมไดรฟ์
เมื่อพิจารณาถึงข้อดีข้อเสีย การปรับสมดุลแบบพาสซีฟอาจเหมาะกับเซลล์ที่มีความสม่ำเสมอที่ดี ในขณะที่การปรับสมดุลแบบแอ็คทีฟอาจเหมาะกับเซลล์ที่มีความคลาดเคลื่อนมากขึ้น
เวลาโพสต์ : 27 ส.ค. 2567
