Lityum batarya paketleri, bakıma ihtiyaç duymayan motorlar gibidir;BMSDengeleme fonksiyonu olmayan bir sistem yalnızca veri toplayıcıdır ve yönetim sistemi olarak kabul edilemez. Hem aktif hem de pasif dengeleme, bir batarya paketindeki tutarsızlıkları ortadan kaldırmayı amaçlar, ancak uygulama prensipleri temelde farklıdır.
Açıklık sağlamak amacıyla, bu makalede BMS tarafından algoritmalar aracılığıyla başlatılan dengeleme, aktif dengeleme olarak tanımlanırken, enerjiyi dağıtmak için dirençler kullanan dengeleme ise pasif dengeleme olarak adlandırılmıştır. Aktif dengeleme enerji transferini içerirken, pasif dengeleme enerji dağılımını içerir.
Temel Batarya Paketi Tasarım Prensipleri
- İlk pil tamamen şarj olduğunda şarj işlemi durdurulmalıdır.
- İlk hücre boşaldığında deşarj işlemi sona ermelidir.
- Zayıf hücreler, güçlü hücrelere göre daha hızlı yaşlanır.
- -En zayıf şarj seviyesine sahip hücre, nihayetinde batarya paketinin performansını sınırlayacaktır.'kullanılabilir kapasite (en zayıf halka).
- Batarya paketi içindeki sistem sıcaklık gradyanı, daha yüksek ortalama sıcaklıklarda çalışan hücrelerin daha zayıf çalışmasına neden olur.
- Dengeleme yapılmadığı takdirde, en zayıf ve en güçlü hücreler arasındaki voltaj farkı her şarj ve deşarj döngüsünde artar. Sonunda, bir hücre maksimum voltaja yaklaşırken diğeri minimum voltaja yaklaşır ve bu da pil paketinin şarj ve deşarj kapasitesini engeller.
Zamanla hücreler arasındaki uyumsuzluk ve kurulumdan kaynaklanan değişen sıcaklık koşulları nedeniyle hücre dengelemesi şarttır.
Lityum iyon piller esas olarak iki tür uyumsuzlukla karşı karşıyadır: şarj uyumsuzluğu ve kapasite uyumsuzluğu. Şarj uyumsuzluğu, aynı kapasitedeki hücrelerin şarj düzeylerinin kademeli olarak farklılaşması durumunda ortaya çıkar. Kapasite uyumsuzluğu ise, farklı başlangıç kapasitelerine sahip hücrelerin birlikte kullanılması durumunda meydana gelir. Hücreler genellikle aynı dönemde ve benzer üretim süreçleriyle üretildikleri takdirde iyi eşleşirler; ancak bilinmeyen kaynaklardan gelen veya önemli üretim farklılıkları gösteren hücrelerden de uyumsuzluklar ortaya çıkabilir.
Aktif Dengeleme ve Pasif Dengeleme
1. Amaç
Pil paketleri, birbirinin aynı olması pek olası olmayan, seri bağlı birçok hücreden oluşur. Dengeleme, hücre voltajı sapmalarının beklenen aralıklarda tutulmasını sağlayarak genel kullanılabilirliği ve kontrol edilebilirliği korur, böylece hasarı önler ve pil ömrünü uzatır.
2. Tasarım Karşılaştırması
- Pasif Dengeleme: Genellikle yüksek voltajlı hücreleri dirençler kullanarak deşarj eder ve fazla enerjiyi ısıya dönüştürür. Bu yöntem diğer hücrelerin şarj süresini uzatır ancak verimliliği daha düşüktür.
- Aktif Dengeleme: Şarj ve deşarj döngüleri sırasında hücreler içindeki yükü yeniden dağıtan, şarj süresini kısaltan ve deşarj süresini uzatan karmaşık bir tekniktir. Genellikle deşarj sırasında alt dengeleme stratejileri, şarj sırasında ise üst dengeleme stratejileri kullanır.
- Artıları ve Eksileri Karşılaştırması: Pasif dengeleme daha basit ve daha ucuzdur ancak ısı olarak enerji israfına yol açtığı ve dengeleme etkileri daha yavaş olduğu için daha az verimlidir. Aktif dengeleme daha verimlidir, hücreler arasında enerji transferi yaparak genel kullanım verimliliğini artırır ve dengeyi daha hızlı sağlar. Bununla birlikte, karmaşık yapılar ve daha yüksek maliyetler gerektirir ve bu sistemlerin özel entegre devrelerle entegrasyonunda zorluklar bulunur.
Çözüm
BMS (Batarya Yönetim Sistemi) kavramı başlangıçta yurt dışında geliştirildi ve ilk entegre devre tasarımları voltaj ve sıcaklık algılamaya odaklandı. Daha sonra dengeleme kavramı tanıtıldı ve başlangıçta entegre devrelere entegre edilmiş dirençli deşarj yöntemleri kullanıldı. Bu yaklaşım artık yaygın olup, TI, MAXIM ve LINEAR gibi şirketler bu tür çipler üretmekte ve bazıları çiplerin içine anahtar sürücüleri entegre etmektedir.
Pasif dengeleme prensipleri ve diyagramlarından yola çıkarak, bir batarya paketini bir fıçıya benzetirsek, hücreler fıçı tahtaları gibidir. Daha yüksek enerjiye sahip hücreler uzun tahtalar, daha düşük enerjiye sahip hücreler ise kısa tahtalar gibidir. Pasif dengeleme yalnızca uzun tahtaları "kısaltır", bu da enerji kaybına ve verimsizliğe yol açar. Bu yöntemin, büyük kapasiteli paketlerde önemli ısı dağılımı ve yavaş dengeleme etkileri de dahil olmak üzere sınırlamaları vardır.
Aktif dengeleme ise bunun aksine, "eksiklikleri tamamlayarak" enerjiyi yüksek enerjili hücrelerden düşük enerjili hücrelere aktarır ve bu da daha yüksek verimlilik ve daha hızlı denge sağlanmasına yol açar. Bununla birlikte, anahtarlama matrislerinin ve kontrol sürücülerinin tasarımında zorluklarla birlikte karmaşıklık ve maliyet sorunları da ortaya çıkarır.
Avantaj ve dezavantajlar göz önüne alındığında, pasif dengeleme tutarlılığı yüksek hücreler için uygun olabilirken, aktif dengeleme daha büyük tutarsızlıklar gösteren hücreler için tercih edilir.
Yayın tarihi: 27 Ağustos 2024
