Baterai lithium seperti mesin yang tidak memerlukan perawatan;BMStanpa fungsi penyeimbangan, hanya merupakan pengumpul data dan tidak dapat dianggap sebagai sistem manajemen. Baik penyeimbangan aktif maupun pasif bertujuan untuk menghilangkan ketidakkonsistenan dalam satu paket baterai, tetapi prinsip penerapannya pada dasarnya berbeda.
Untuk kejelasan, artikel ini mendefinisikan penyeimbangan yang dimulai oleh BMS melalui algoritma sebagai penyeimbangan aktif, sedangkan penyeimbangan yang menggunakan resistor untuk menghilangkan energi disebut penyeimbangan pasif. Penyeimbangan aktif melibatkan transfer energi, sedangkan penyeimbangan pasif melibatkan pembuangan energi.
Prinsip Dasar Desain Baterai
- Pengisian daya harus dihentikan ketika sel pertama terisi penuh.
- Pengosongan harus berakhir ketika sel pertama habis.
- Sel yang lebih lemah menua lebih cepat daripada sel yang lebih kuat.
- -Sel dengan muatan terlemah pada akhirnya akan membatasi paket baterai'kapasitas yang dapat digunakan (mata rantai terlemah).
- Gradien suhu sistem dalam kemasan baterai membuat sel yang beroperasi pada suhu rata-rata yang lebih tinggi menjadi lebih lemah.
- Tanpa penyeimbangan, perbedaan tegangan antara sel terlemah dan terkuat meningkat dengan setiap siklus pengisian dan pengosongan daya. Akhirnya, satu sel akan mendekati tegangan maksimum sementara yang lain mendekati tegangan minimum, sehingga menghambat kemampuan pengisian dan pengosongan daya.
Karena ketidakcocokan sel dari waktu ke waktu dan kondisi suhu yang bervariasi sejak pemasangan, penyeimbangan sel sangat penting.
Baterai lithium-ion terutama menghadapi dua jenis ketidaksesuaian: ketidaksesuaian pengisian daya dan ketidaksesuaian kapasitas. Ketidaksesuaian pengisian daya terjadi ketika sel dengan kapasitas yang sama secara bertahap memiliki perbedaan muatan. Ketidaksesuaian kapasitas terjadi ketika sel dengan kapasitas awal yang berbeda digunakan bersama-sama. Meskipun sel pada umumnya cocok jika diproduksi pada waktu yang hampir bersamaan dengan proses produksi yang serupa, ketidaksesuaian dapat muncul dari sel dengan sumber yang tidak diketahui atau perbedaan produksi yang signifikan.
Penyeimbangan Aktif vs. Penyeimbangan Pasif
1. Tujuan
Baterai terdiri dari banyak sel yang terhubung seri, yang kemungkinan besar tidak identik. Penyeimbangan memastikan bahwa deviasi tegangan sel tetap berada dalam rentang yang diharapkan, menjaga kegunaan dan pengendalian secara keseluruhan, sehingga mencegah kerusakan dan memperpanjang masa pakai baterai.
2. Perbandingan Desain
- Penyeimbangan Pasif: Biasanya melepaskan sel tegangan tinggi menggunakan resistor, mengubah kelebihan energi menjadi panas. Metode ini memperpanjang waktu pengisian untuk sel lain tetapi memiliki efisiensi yang lebih rendah.
- Penyeimbangan Aktif: Teknik kompleks yang mendistribusikan ulang muatan dalam sel selama siklus pengisian dan pengosongan, mengurangi waktu pengisian dan memperpanjang durasi pengosongan. Umumnya, teknik ini menggunakan strategi penyeimbangan bawah selama pengosongan dan strategi penyeimbangan atas selama pengisian.
- Perbandingan Pro dan Kontra: Penyeimbangan pasif lebih sederhana dan murah tetapi kurang efisien, karena membuang energi sebagai panas dan memiliki efek penyeimbangan yang lebih lambat. Penyeimbangan aktif lebih efisien, mentransfer energi antar sel, yang meningkatkan efisiensi penggunaan secara keseluruhan dan mencapai keseimbangan lebih cepat. Namun, hal ini melibatkan struktur yang kompleks dan biaya yang lebih tinggi, dengan tantangan dalam mengintegrasikan sistem ini ke dalam IC khusus.
Kesimpulan
Konsep BMS awalnya dikembangkan di luar negeri, dengan desain IC awal yang berfokus pada deteksi tegangan dan suhu. Konsep penyeimbangan kemudian diperkenalkan, awalnya menggunakan metode pelepasan resistif yang terintegrasi ke dalam IC. Pendekatan ini sekarang tersebar luas, dengan perusahaan seperti TI, MAXIM, dan LINEAR yang memproduksi chip tersebut, beberapa mengintegrasikan driver sakelar ke dalam chip.
Dari prinsip dan diagram penyeimbangan pasif, jika baterai diibaratkan seperti tong, sel-selnya seperti tongkat. Sel dengan energi lebih tinggi adalah papan panjang, dan sel dengan energi lebih rendah adalah papan pendek. Penyeimbangan pasif hanya "memperpendek" papan panjang, yang mengakibatkan pemborosan energi dan inefisiensi. Metode ini memiliki keterbatasan, termasuk pembuangan panas yang signifikan dan efek penyeimbangan yang lambat dalam kemasan berkapasitas besar.
Sebaliknya, penyeimbangan aktif "mengisi celah yang ada," dengan mentransfer energi dari sel berenergi lebih tinggi ke sel berenergi lebih rendah, sehingga menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi dan pencapaian keseimbangan yang lebih cepat. Namun, hal ini menimbulkan masalah kompleksitas dan biaya, dengan tantangan dalam merancang matriks sakelar dan mengendalikan penggerak.
Mengingat adanya trade-off, penyeimbangan pasif mungkin cocok untuk sel dengan konsistensi baik, sementara penyeimbangan aktif lebih disukai untuk sel dengan perbedaan lebih besar.
Waktu posting: 27-Agu-2024
