Γιατί χρειάζεται να έχουμε ισορροπία;
Λόγω των διαφορών στη διαδικασία χρήσης και τα υλικά της μπαταρίας, καθώς και των διαφορών στη θερμοκρασία, την υγρασία και άλλα περιβάλλοντα κατά την πραγματική χρήση της μπαταρίας, υπάρχουν διαφορές στο SOC (SOC) των μεμονωμένων στοιχείων της μπαταρίας. Η διαφορά στο SOC αντικατοπτρίζεται διαισθητικά στις διαφορετικές τάσεις των μπαταριών.
Υποθέτοντας ότι η τιμή SOC μιας μπαταρίας στη συστοιχία μπαταριών είναι υψηλότερη από αυτή άλλων στοιχείων, αυτή η μπαταρία θα φορτιστεί πλήρως πρώτα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης, με αποτέλεσμα η φόρτιση των άλλων στοιχείων να σταματήσει πριν φτάσει στην ονομαστική χωρητικότητα. Ομοίως, υποθέτοντας ότι η τιμή SOC μιας μπαταρίας είναι χαμηλότερη από αυτή των άλλων στοιχείων, θα φτάσει πρώτα στην τάση αποκοπής εκφόρτισης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκφόρτισης, με αποτέλεσμα τα άλλα στοιχεία να έχουν υπολειπόμενη χωρητικότητα που δεν μπορεί να απελευθερωθεί.;
Επομένως, μπορούμε να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι οι μπαταρίες είναι διαφορετικές.
1. Ορισμός και σημασία της εξισορρόπησης μπαταρίας
Ορισμός: Η εξισορρόπηση μπαταρίας αναφέρεται στη χρήση συγκεκριμένων τεχνολογιών και μεθόδων ώστε κάθε στοιχείο μπαταρίας στην μπαταρία να φτάσει σε μια σχετικά σταθερή κατάσταση τάσης, χωρητικότητας και κατάστασης, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση και τη διάρκεια ζωής ολόκληρης της μπαταρίας.
Σημασία: Βελτίωση της απόδοσης της μπαταρίας: Μέσω της εξισορρόπησης, μπορεί να αποφευχθεί η υποβάθμιση της απόδοσης ολόκληρης της μπαταρίας που προκαλείται από την υποβάθμιση της απόδοσης κάθε μπαταρίας ξεχωριστά.
Επέκταση διάρκειας ζωής μπαταρίας: Η εξισορρόπηση μπορεί να μειώσει τις διαφορές τάσης και χωρητικότητας μεταξύ των στοιχείων της μπαταρίας, να μειώσει την εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας και, επομένως, να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της.
Βελτίωση της ασφάλειας: Η εξισορρόπηση μπορεί να αποτρέψει την υπερφόρτιση ή την υπερβολική αποφόρτιση των στοιχείων της μπαταρίας και να μειώσει τον κίνδυνο κινδύνων για την ασφάλεια, όπως η θερμική διαφυγή.
2. Μέθοδος εξισορρόπησης μπαταρίας
Τα παρακάτω παρουσιάζουν κυρίως τη λειτουργία εξισορρόπησης BMS. Μέσω της λειτουργίας εξισορρόπησης BMS, η ασυνέπεια μεταξύ κάθε στοιχείου μπαταρίας μπορεί να μειωθεί και η διαθέσιμη χωρητικότητα της μπαταρίας μπορεί να αυξηθεί. Προς το παρόν, οι κύριες μέθοδοι εξισορρόπησης που χρησιμοποιούνται είναι η παθητική εξισορρόπηση (εξισορρόπηση απαγωγής ενέργειας) και η ενεργητική εξισορρόπηση (εξισορρόπηση μη απαγωγής ενέργειας, εξισορρόπηση μεταφοράς ενέργειας).
Υπάρχουν δύο κύριες μέθοδοι για την εξισορρόπηση της μπαταρίας: η ενεργητική εξισορρόπηση και η παθητική εξισορρόπηση.
Ενεργητική εξισορρόπηση: Η ενεργητική εξισορρόπηση είναι μια τεχνολογία που επιτυγχάνει εξισορρόπηση τάσης μεταξύ των στοιχείων της μπαταρίας μέσω μεταφοράς ενέργειας. Επιτυγχάνει πιο ακριβή εξισορρόπηση μεταφέροντας ενέργεια από ένα μόνο στοιχείο με μεγαλύτερη χωρητικότητα σε ένα μόνο στοιχείο με χαμηλότερη χωρητικότητα.
Αυτή η μεταφορά μπορεί να επιτευχθεί μέσω τεχνολογιών όπως πυκνωτές και μετασχηματιστές. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης, εάν ένα μόνο στοιχείο φτάσει πρώτο στο ανώτερο όριο της τάσης λειτουργίας, το BMS θα αναγνωρίσει το μεμονωμένο στοιχείο με χαμηλότερη χωρητικότητα και θα μεταφέρει ενέργεια από την μπαταρία υψηλής τάσης στην μπαταρία χαμηλής τάσης μέσω του κυκλώματος εξισορρόπησης.
Πλεονεκτήματα: υψηλή αξιοποίηση ενέργειας, γρήγορη ταχύτητα εξισορρόπησης και μπορεί να βελτιώσει τη συνολική απόδοση της μπαταρίας.
Μειονεκτήματα: πολύπλοκος αλγόριθμος ελέγχου και υψηλό κόστος παραγωγής.
Παθητική εξισορρόπηση:
Αρχή: Καταναλώνοντας ενέργεια, η πλεονάζουσα ενέργεια στα στοιχεία μπαταριών υψηλής τάσης ή υψηλής χωρητικότητας διαχέεται με τη μορφή θερμικής ενέργειας, μειώνοντας έτσι την τάση και τη χωρητικότητά τους και επιτυγχάνοντας ισορροπία μεταξύ των στοιχείων της μπαταρίας.
Η παθητική εξισορρόπηση (εξισορρόπηση της απαγωγής ενέργειας) επιτυγχάνεται με την παράλληλη αντίσταση της μίας μπαταρίας. Η ενέργεια της μπαταρίας με υψηλότερη κατάσταση φόρτισης στη συστοιχία μπαταριών καταναλώνεται μέσω της παράλληλης αντίστασης για να επιτευχθεί ισορροπία με τις άλλες μπαταρίες της ομάδας.
Η τυπική παθητική εξισορρόπηση εφαρμόζεται ως εξής: η τάση κάθε μεμονωμένης μπαταρίας μετριέται στο υψηλό ή χαμηλό άκρο του SOC. Όταν η τάση ορισμένων μεμονωμένων μπαταριών υπερβαίνει τη μέση τάση της συστοιχίας μπαταριών, ο εκτιμώμενος χρόνος εξισορρόπησης υπολογίζεται με βάση τη διαφορά τάσης ή τη διαφορά μεμονωμένου SOC και στη συνέχεια ενεργοποιείται η παράλληλη αντίσταση αυτών των μπαταριών υψηλής ενέργειας, έτσι ώστε μέρος της ενέργειάς τους να καταναλώνεται στην παράλληλη αντίσταση και τέλος επιτυγχάνεται η ισορροπία ολόκληρης της ομάδας μπαταριών.
Πλεονεκτήματα: απλή υλοποίηση και χαμηλό κόστος.
Μειονεκτήματα: μεγάλη απώλεια ενέργειας, αργή ταχύτητα εξισορρόπησης και ενδέχεται να παραχθεί θερμότητα που να προκαλέσει αύξηση της θερμοκρασίας της μπαταρίας.
3. Διαδικασία εξισορρόπησης μπαταρίας
Η διαδικασία εξισορρόπησης της μπαταρίας συνήθως περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα:
Ανίχνευση: Εντοπίστε την τάση, το ρεύμα, τη θερμοκρασία και άλλες παραμέτρους κάθε στοιχείου μπαταρίας στην μπαταρία μέσω του BMS.
Κρίση: Προσδιορίστε εάν υπάρχουν διαφορές μεταξύ των στοιχείων της μπαταρίας και τον βαθμό της διαφοράς με βάση τα αποτελέσματα ανίχνευσης.
Εκτέλεση εξισορρόπησης: Επιλέξτε την κατάλληλη μέθοδο εξισορρόπησης με βάση τα αποτελέσματα της κρίσης και εκτελέστε την εξισορρόπηση. Για την ενεργητική εξισορρόπηση, μπορεί να είναι απαραίτητο να υπολογιστεί με ακρίβεια η ποσότητα μεταφοράς ενέργειας μέσω του αλγορίθμου ελέγχου. Για την παθητική εξισορρόπηση, μπορεί να είναι απαραίτητο να ελεγχθεί ο χρόνος ενεργοποίησης και απενεργοποίησης του διακόπτη για την κατανάλωση πλεονάζουσας ενέργειας.
Παρακολούθηση: Παρακολουθήστε συνεχώς τις αλλαγές παραμέτρων των στοιχείων της μπαταρίας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εξισορρόπησης για να διασφαλίσετε την αποτελεσματικότητα και την ασφάλεια της λειτουργίας εξισορρόπησης.
Τέλος εξισορρόπησης: Όταν η διαφορά μεταξύ των στοιχείων της μπαταρίας φτάσει στο καθορισμένο όριο, η λειτουργία εξισορρόπησης τερματίζεται.
4. Προφυλάξεις για την εξισορρόπηση της μπαταρίας
Επιλέξτε την κατάλληλη μέθοδο εξισορρόπησης: Επιλέξτε την κατάλληλη μέθοδο εξισορρόπησης ανάλογα με την πραγματική κατάσταση και τις απαιτήσεις απόδοσης της μπαταρίας.
Ελέγξτε την ταχύτητα και τον βαθμό εξισορρόπησης: Αποφύγετε τη ζημιά στα στοιχεία της μπαταρίας ή την υποβάθμιση της απόδοσης λόγω υπερβολικής ταχύτητας εξισορρόπησης ή υπερβολικού βαθμού.
Παρακολούθηση παραμέτρων μπαταρίας: Παρακολουθήστε συνεχώς τις αλλαγές σε παραμέτρους όπως η τάση, το ρεύμα και η θερμοκρασία των στοιχείων της μπαταρίας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εξισορρόπησης, για να διασφαλίσετε την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα της λειτουργίας εξισορρόπησης.
Πρόληψη συσσώρευσης θερμότητας: Για τις μεθόδους παθητικής εξισορρόπησης, πρέπει να ληφθούν μέτρα για την αποτροπή της συσσώρευσης θερμότητας που θα μπορούσε να προκαλέσει αύξηση της θερμοκρασίας της μπαταρίας.
