Lityum pil paketleri, bakımı yapılmayan motorlara benzer;BMSDengeleme fonksiyonu olmadan, yalnızca bir veri toplayıcıdır ve bir yönetim sistemi olarak kabul edilemez. Hem aktif hem de pasif dengeleme, bir pil paketindeki tutarsızlıkları gidermeyi amaçlar, ancak uygulama prensipleri temelde farklıdır.
Netlik sağlamak amacıyla, bu makalede BMS tarafından algoritmalar aracılığıyla başlatılan dengeleme aktif dengeleme olarak tanımlanırken, dirençler kullanılarak enerjinin dağıtıldığı dengeleme pasif dengeleme olarak adlandırılmaktadır. Aktif dengeleme enerji transferini içerirken, pasif dengeleme enerji dağılımını içerir.
Temel Pil Paketi Tasarım İlkeleri
- İlk hücre tam olarak şarj olduğunda şarj işlemi durdurulmalıdır.
- İlk hücre tükendiğinde deşarjın sonlanması gerekir.
- Zayıf hücreler, güçlü hücrelere göre daha hızlı yaşlanır.
- -En zayıf şarja sahip hücre, pil paketinin ömrünü sınırlayacaktır'kullanılabilir kapasitesi (en zayıf halka).
- Pil takımının içindeki sistem sıcaklık gradyanı, daha yüksek ortalama sıcaklıklarda çalışan hücreleri daha zayıf hale getirir.
- Dengeleme yapılmadığında, 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 pilin şarj ve deşarj kapasitesini engeller.
Hücrelerin zamanla uyumsuzluğu ve kurulumdan kaynaklanan değişken sıcaklık koşulları nedeniyle hücre dengelemesi önemlidir.
Lityum iyon piller temel olarak iki tür uyumsuzlukla karşı karşıyadır: şarj uyumsuzluğu ve kapasite uyumsuzluğu. Şarj uyumsuzluğu, aynı kapasitedeki hücrelerin şarj durumlarının kademeli olarak farklılaşmasıyla ortaya çıkar. Kapasite uyumsuzluğu ise, farklı başlangıç kapasitelerine sahip hücrelerin birlikte kullanılmasıyla ortaya çıkar. Hücreler, benzer üretim süreçleriyle aynı anda üretildiklerinde genellikle iyi uyum sağlasalar da, bilinmeyen kaynaklara sahip veya önemli üretim farklılıkları olan hücrelerde uyumsuzluklar ortaya çıkabilir.
Aktif Dengeleme ve Pasif Dengeleme
1. Amaç
Pil paketleri, aynı olma olasılığı düşük olan çok sayıda seri bağlı hücreden oluşur. Dengeleme, hücre voltajı sapmalarının beklenen aralıklarda tutulmasını sağlayarak genel kullanılabilirlik ve kontrol edilebilirliği korur, böylece hasarı önler ve pil ömrünü uzatır.
2. Tasarım Karşılaştırması
- Pasif Dengeleme: Genellikle dirençler kullanarak yüksek voltajlı hücreleri deşarj eder ve fazla enerjiyi ısıya dönüştürür. Bu yöntem, diğer hücrelerin şarj süresini uzatır ancak daha düşük verimliliğe sahiptir.
- Aktif Dengeleme: Şarj ve deşarj döngüleri sırasında hücrelerdeki yükü yeniden dağıtarak 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 ucuzdur ancak daha az etkilidir, çünkü enerjiyi ısı olarak israf eder ve dengeleme etkileri daha yavaştır. Aktif dengeleme, hücreler arasında enerji aktarımını daha verimli hale getirerek genel kullanım verimliliğini artırır ve dengeyi daha hızlı sağlar. Ancak, karmaşık yapılar ve daha yüksek maliyetler gerektirdiğinden, bu sistemlerin özel entegre devrelere entegre edilmesinde zorluklar yaşanır.
Çözüm
BMS konsepti ilk olarak yurtdışında geliştirilmiş ve ilk entegre devre tasarımları voltaj ve sıcaklık algılamaya odaklanmıştır. Daha sonra dengeleme kavramı, entegre devrelere entegre edilmiş dirençli deşarj yöntemleri kullanılarak ortaya çıkmıştır. Bu yaklaşım günümüzde yaygın olup, TI, MAXIM ve LINEAR gibi şirketler bu tür devreler üretmekte ve bazıları devrelere anahtar sürücüleri entegre etmektedir.
Pasif dengeleme prensipleri ve diyagramlarından, bir pil takımı bir varile benzetildiğinde, hücreler çıtalara benzer. Daha yüksek enerjili hücreler uzun kalaslar, daha düşük enerjili hücreler ise kısa kalaslardır. Pasif dengeleme, uzun kalasları yalnızca "kısaltır" ve bu da enerji israfına ve verimsizliğe yol açar. Bu yöntemin, büyük kapasiteli pil takımlarında önemli ısı dağılımı ve yavaş dengeleme etkileri gibi sınırlamaları vardır.
Aktif dengeleme ise, aksine, "kısa devreleri doldurur", enerjiyi yüksek enerjili hücrelerden düşük enerjili hücrelere aktarır ve böylece daha yüksek verimlilik ve daha hızlı dengeye ulaşma sağlar. Ancak, anahtarlama matrisleri tasarlama ve sürücüleri kontrol etmede zorluklarla birlikte karmaşıklık ve maliyet sorunları da getirir.
Bu ödünleşimler göz önüne alındığında, iyi tutarlılığa sahip hücreler için pasif dengeleme uygun olabilirken, daha fazla tutarsızlığa sahip hücreler için aktif dengeleme tercih edilebilir.
Gönderi zamanı: 27 Ağustos 2024
