リチウム バッテリー パックは、メンテナンスを必要としないエンジンのようなものです。あるBMSバランシング機能がなければ単なるデータ収集装置であり、管理システムとはみなされません。アクティブバランシングとパッシブバランシングはどちらもバッテリーパック内の不一致を排除することを目的としていますが、その実装原理は根本的に異なります。
明確にするために、この記事では、アルゴリズムを通じて BMS によって開始されるバランシングをアクティブ バランシングと定義し、抵抗を使用してエネルギーを散逸するバランシングをパッシブ バランシングと呼びます。アクティブバランシングにはエネルギーの伝達が含まれますが、パッシブバランシングにはエネルギーの散逸が含まれます。
基本的なバッテリーパックの設計原則
- 最初のセルが完全に充電されたら、充電を停止する必要があります。
- 放電は、最初のセルが空になったときに終了する必要があります。
- 弱い細胞は強い細胞よりも早く老化します。
- -充電が最も弱いセルは最終的にバッテリーパックを制限します'使用可能な容量 (最も弱いリンク)。
- バッテリーパック内のシステム温度勾配により、より高い平均温度で動作するセルは弱くなります。
- バランスをとらないと、最も弱いセルと最も強いセルの間の電圧差は、充電と放電のサイクルごとに増加します。最終的に、1 つのセルが最大電圧に近づき、もう 1 つのセルが最小電圧に近づき、パックの充電および放電能力が妨げられます。
時間の経過とともにセルの不一致が発生したり、設置時の温度条件が変化したりするため、セルのバランスをとることが不可欠です。
リチウムイオン電池は主に、充電の不一致と容量の不一致という 2 種類の不一致に直面しています。充電の不一致は、同じ容量のセルの充電量が徐々に異なる場合に発生します。初期容量が異なるセルを一緒に使用すると、容量の不一致が発生します。一般に、同様の製造プロセスでほぼ同時期に製造されたセルはよく適合しますが、供給源が不明なセルや製造上の大きな違いがあるセルでは不一致が発生する可能性があります。
アクティブ バランシングとパッシブ バランシング
1. 目的
バッテリー パックは多数の直列接続されたセルで構成されており、同一である可能性はほとんどありません。バランスをとることにより、セル電圧の偏差が予想範囲内に維持され、全体的な使いやすさと制御性が維持されるため、損傷が防止され、バッテリー寿命が延長されます。
2. 設計の比較
- パッシブバランス: 通常、抵抗を使用して高電圧セルを放電し、過剰なエネルギーを熱に変換します。この方法では、他のセルの充電時間が延長されますが、効率は低くなります。
- アクティブ バランシング: 充電および放電サイクル中にセル内の電荷を再分配し、充電時間を短縮し、放電時間を延長する複雑な技術。一般に、放電中にはボトムバランス戦略が採用され、充電中にはトップバランス戦略が採用されます。
- 長所と短所の比較: パッシブバランシングはよりシンプルで安価ですが、エネルギーを熱として浪費し、バランシング効果が遅いため、効率が低くなります。 アクティブ バランシングはより効率的で、セル間でエネルギーを転送するため、全体的な使用効率が向上し、より迅速にバランスが達成されます。ただし、構造が複雑でコストが高く、これらのシステムを専用 IC に統合する際に課題があります。
結論
BMS の概念は当初海外で開発され、初期の IC 設計では電圧と温度の検出に重点が置かれていました。バランスの概念は後に導入され、最初は IC に統合された抵抗放電方法が使用されました。このアプローチは現在広く普及しており、TI、MAXIM、LINEAR などの企業がそのようなチップを製造しており、一部の企業はスイッチ ドライバーをチップに統合しています。
パッシブバランシングの原理と図から、バッテリーパックを樽に例えると、セルは杖に似ています。エネルギーが高い細胞は長い板であり、エネルギーが低い細胞は短い板です。受動的なバランス調整は長い板を「短くする」だけであり、エネルギーの無駄と非効率をもたらします。この方法には、大容量パックでの大幅な熱放散やバランス効果の低下などの制限があります。
対照的に、アクティブバランスは「短い板を埋めて」、高エネルギーの細胞から低エネルギーの細胞にエネルギーを伝達し、その結果、効率が高まり、より早くバランスに達します。ただし、スイッチ マトリクスの設計やドライブの制御に課題があり、複雑さとコストの問題が生じます。
トレードオフを考慮すると、一貫性が良好なセルにはパッシブ バランシングが適している可能性がありますが、不一致が大きいセルにはアクティブ バランシングが適しています。
投稿日時: 2024 年 8 月 27 日
