Paket baterai lithium itu seperti mesin yang jarang dirawat;BMSTanpa fungsi penyeimbangan, perangkat tersebut hanyalah pengumpul data dan tidak dapat dianggap sebagai sistem manajemen. Baik penyeimbangan aktif maupun pasif bertujuan untuk menghilangkan inkonsistensi dalam paket baterai, tetapi prinsip implementasinya pada dasarnya berbeda.
Untuk memperjelas, artikel ini mendefinisikan penyeimbangan yang diinisiasi 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 penghilangan energi.
Prinsip Dasar Desain Paket Baterai
- Pengisian daya harus dihentikan ketika sel pertama terisi penuh.
- Proses pengosongan harus berakhir ketika sel pertama habis.
- Sel yang lebih lemah menua lebih cepat daripada sel yang lebih kuat.
- Sel dengan daya terlemah pada akhirnya akan membatasi kapasitas baterai.'kapasitas yang dapat digunakan (mata rantai terlemah).
- Gradien suhu sistem di dalam paket baterai membuat sel yang beroperasi pada suhu rata-rata lebih tinggi menjadi lebih lemah.
- Tanpa penyeimbangan, perbedaan tegangan antara sel terlemah dan terkuat akan meningkat pada setiap siklus pengisian dan pengosongan. Pada akhirnya, satu sel akan mendekati tegangan maksimum sementara sel lainnya mendekati tegangan minimum, sehingga menghambat kemampuan pengisian dan pengosongan baterai.
Karena ketidaksesuaian 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-sel dengan kapasitas yang sama secara bertahap berbeda dalam pengisian dayanya. Ketidaksesuaian kapasitas terjadi ketika sel-sel dengan kapasitas awal yang berbeda digunakan bersama. Meskipun sel-sel umumnya cocok jika diproduksi sekitar waktu yang sama dengan proses manufaktur yang serupa, ketidaksesuaian dapat muncul dari sel-sel dengan sumber yang tidak diketahui atau perbedaan manufaktur yang signifikan.
Penyeimbangan Aktif vs. Penyeimbangan Pasif
1. Tujuan
Paket baterai terdiri dari banyak sel yang terhubung secara seri, yang kemungkinan besar tidak identik. Penyeimbangan memastikan bahwa penyimpangan tegangan sel tetap berada dalam kisaran yang diharapkan, menjaga kegunaan dan kontrol secara keseluruhan, sehingga mencegah kerusakan dan memperpanjang umur baterai.
2. Perbandingan Desain
- Penyeimbangan Pasif: Biasanya melepaskan muatan sel tegangan tinggi menggunakan resistor, mengubah energi berlebih menjadi panas. Metode ini memperpanjang waktu pengisian untuk sel lain tetapi memiliki efisiensi yang lebih rendah.
- Penyeimbangan Aktif: Teknik kompleks yang mendistribusikan kembali muatan di dalam sel selama siklus pengisian dan pengosongan, mengurangi waktu pengisian dan memperpanjang durasi pengosongan. Teknik ini umumnya menggunakan strategi penyeimbangan bawah selama pengosongan dan strategi penyeimbangan atas selama pengisian.
- Perbandingan Kelebihan dan Kekurangan: 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 (Balanced Management System) 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 memproduksi chip semacam itu, beberapa di antaranya mengintegrasikan driver sakelar ke dalam chip.
Berdasarkan prinsip dan diagram penyeimbangan pasif, jika paket baterai dibandingkan dengan sebuah tong, sel-selnya seperti bilah-bilahnya. Sel dengan energi lebih tinggi adalah bilah panjang, dan sel dengan energi lebih rendah adalah bilah pendek. Penyeimbangan pasif hanya "memperpendek" bilah panjang, sehingga mengakibatkan pemborosan energi dan inefisiensi. Metode ini memiliki keterbatasan, termasuk pembuangan panas yang signifikan dan efek penyeimbangan yang lambat pada paket berkapasitas besar.
Sebaliknya, penyeimbangan aktif "mengisi celah", 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 kompleksitas dan masalah biaya, dengan tantangan dalam mendesain matriks sakelar dan mengendalikan penggerak.
Dengan mempertimbangkan berbagai pertimbangan, penyeimbangan pasif mungkin cocok untuk sel dengan konsistensi yang baik, sedangkan penyeimbangan aktif lebih disukai untuk sel dengan perbedaan yang lebih besar.
Waktu posting: 27 Agustus 2024
