ชุดแบตเตอรี่ลิเธียมเปรียบเสมือนเครื่องยนต์ที่ขาดการบำรุงรักษา กบีเอ็มเอสหากไม่มีฟังก์ชันปรับสมดุลจะเป็นเพียงตัวรวบรวมข้อมูลและไม่ถือเป็นระบบการจัดการ การปรับสมดุลทั้งแบบแอคทีฟและพาสซีฟมีจุดมุ่งหมายเพื่อขจัดความไม่สอดคล้องกันภายในชุดแบตเตอรี่ แต่หลักการใช้งานจะแตกต่างกันโดยพื้นฐาน
เพื่อความชัดเจน บทความนี้ให้คำจำกัดความของความสมดุลที่เริ่มต้นโดย BMS ผ่านอัลกอริธึมว่าเป็นการปรับสมดุลแบบแอคทีฟ ในขณะที่การปรับสมดุลที่ใช้ตัวต้านทานเพื่อกระจายพลังงานเรียกว่าการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ การปรับสมดุลแบบแอคทีฟเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงาน ในขณะที่การปรับสมดุลแบบพาสซีฟเกี่ยวข้องกับการกระจายพลังงาน
หลักการออกแบบชุดแบตเตอรี่ขั้นพื้นฐาน
- การชาร์จจะต้องหยุดลงเมื่อเซลล์แรกชาร์จเต็มแล้ว
- การคายประจุจะต้องสิ้นสุดเมื่อเซลล์แรกหมด
- เซลล์ที่อ่อนแอกว่าจะมีอายุเร็วกว่าเซลล์ที่แข็งแรงกว่า
- -เซลล์ที่มีประจุอ่อนที่สุดจะจำกัดปริมาณแบตเตอรี่ในที่สุด-ความจุที่ใช้งานได้ (จุดอ่อนที่สุด)
- การไล่ระดับอุณหภูมิของระบบภายในก้อนแบตเตอรี่ทำให้เซลล์ที่ทำงานที่อุณหภูมิเฉลี่ยสูงกว่านั้นอ่อนลง
- หากไม่มีความสมดุล ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างเซลล์ที่อ่อนแอที่สุดและเซลล์ที่แข็งแกร่งที่สุดจะเพิ่มขึ้นในแต่ละรอบการชาร์จและการคายประจุ ในที่สุด เซลล์หนึ่งจะเข้าใกล้แรงดันไฟฟ้าสูงสุดในขณะที่อีกเซลล์หนึ่งใกล้แรงดันไฟฟ้าต่ำสุด ขัดขวางความสามารถในการประจุและการคายประจุของแบตเตอรี่
เนื่องจากเซลล์ไม่ตรงกันเมื่อเวลาผ่านไปและสภาวะอุณหภูมิที่แตกต่างกันตั้งแต่การติดตั้ง การปรับสมดุลของเซลล์จึงเป็นสิ่งสำคัญ
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักเผชิญกับความไม่ตรงกันสองประเภท: การชาร์จไม่ตรงกันและความจุไม่ตรงกัน การชาร์จไม่ตรงกันเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ที่มีความจุเท่ากันค่อยๆ มีประจุที่แตกต่างกัน ความจุไม่ตรงกันเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ที่มีความจุเริ่มต้นต่างกันถูกนำมาใช้ร่วมกัน แม้ว่าโดยทั่วไปเซลล์จะเข้ากันได้ดีหากผลิตในช่วงเวลาเดียวกันด้วยกระบวนการผลิตที่คล้ายคลึงกัน แต่ความไม่ตรงกันอาจเกิดขึ้นจากเซลล์ที่ไม่ทราบแหล่งที่มาหรือความแตกต่างในการผลิตที่สำคัญ
การปรับสมดุลแบบแอคทีฟกับการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ
1. วัตถุประสงค์
ชุดแบตเตอรี่ประกอบด้วยเซลล์ที่เชื่อมต่อหลายชุดซึ่งไม่น่าจะเหมือนกัน การปรับสมดุลช่วยให้แน่ใจว่าความเบี่ยงเบนของแรงดันไฟฟ้าของเซลล์จะคงอยู่ภายในช่วงที่คาดไว้ รักษาความสามารถในการใช้งานและการควบคุมโดยรวม ดังนั้นจึงป้องกันความเสียหายและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่
2. การเปรียบเทียบการออกแบบ
- การปรับสมดุลแบบพาสซีฟ: โดยทั่วไปแล้วจะคายประจุเซลล์แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าโดยใช้ตัวต้านทาน เพื่อแปลงพลังงานส่วนเกินให้เป็นความร้อน วิธีนี้จะขยายเวลาการชาร์จสำหรับเซลล์อื่นแต่มีประสิทธิภาพต่ำกว่า
- การปรับสมดุลแบบแอคทีฟ: เทคนิคที่ซับซ้อนที่กระจายประจุภายในเซลล์ในระหว่างรอบการชาร์จและคายประจุ ช่วยลดเวลาในการชาร์จและขยายระยะเวลาการคายประจุ โดยทั่วไปจะใช้กลยุทธ์การปรับสมดุลด้านล่างระหว่างการคายประจุ และกลยุทธ์การปรับสมดุลด้านบนระหว่างการชาร์จ
- การเปรียบเทียบข้อดีข้อเสีย: การปรับสมดุลแบบพาสซีฟนั้นง่ายกว่าและราคาถูกกว่าแต่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า เนื่องจากจะสิ้นเปลืองพลังงานเป็นความร้อนและมีผลกระทบต่อการปรับสมดุลช้าลง การปรับสมดุลแบบแอคทีฟมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยถ่ายโอนพลังงานระหว่างเซลล์ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้งานโดยรวมและบรรลุความสมดุลได้รวดเร็วยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับโครงสร้างที่ซับซ้อนและต้นทุนที่สูงขึ้น พร้อมด้วยความท้าทายในการรวมระบบเหล่านี้เข้ากับไอซีเฉพาะ
บทสรุป
แนวคิดของ BMS ได้รับการพัฒนาครั้งแรกในต่างประเทศ โดยการออกแบบ IC ในยุคแรกๆ มุ่งเน้นไปที่การตรวจจับแรงดันและอุณหภูมิ แนวคิดเรื่องการปรับสมดุลได้รับการแนะนำในภายหลัง โดยเริ่มแรกโดยใช้วิธีการคายประจุแบบต้านทานที่รวมอยู่ในไอซี แนวทางนี้แพร่หลายในปัจจุบัน โดยบริษัทต่างๆ เช่น TI, MAXIM และ LINEAR ที่ผลิตชิปดังกล่าว ซึ่งบางแห่งก็รวมไดรเวอร์สวิตช์เข้ากับชิป
จากหลักการและไดอะแกรมการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ หากเปรียบเทียบก้อนแบตเตอรี่กับกระบอก เซลล์ต่างๆ ก็เปรียบเสมือนไม้คาน เซลล์ที่มีพลังงานสูงจะเป็นแผ่นกระดานยาว และเซลล์ที่มีพลังงานต่ำจะเป็นแผ่นกระดานสั้น การปรับสมดุลแบบพาสซีฟเพียง "ทำให้" ไม้กระดานยาวสั้นลง ส่งผลให้เกิดการสิ้นเปลืองพลังงานและความไร้ประสิทธิภาพ วิธีการนี้มีข้อจำกัด รวมถึงการกระจายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญและผลกระทบต่อการปรับสมดุลที่ช้าในชุดความจุขนาดใหญ่
ในทางตรงกันข้าม การปรับสมดุลแบบแอคทีฟ "เติมเต็มในแผ่นกระดานสั้น" โดยถ่ายโอนพลังงานจากเซลล์พลังงานสูงไปยังเซลล์พลังงานต่ำ ส่งผลให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและบรรลุความสมดุลเร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม ปัญหาดังกล่าวทำให้เกิดปัญหาด้านความซับซ้อนและต้นทุน พร้อมด้วยความท้าทายในการออกแบบเมทริกซ์สวิตช์และการควบคุมไดรฟ์
เมื่อพิจารณาถึงข้อดีข้อเสียแล้ว การปรับสมดุลแบบพาสซีฟอาจเหมาะสำหรับเซลล์ที่มีความสม่ำเสมอที่ดี ในขณะที่การปรับสมดุลแบบแอคทีฟจะดีกว่าสำหรับเซลล์ที่มีความคลาดเคลื่อนมากกว่า
เวลาโพสต์: 27 ส.ค.-2024
