현대 배터리 기술에서, 우리는 종종 '배터리 밸런싱 (”라는 용어를 만난다. 그러나 그것은 무엇을 의미합니까? 근본 원인은 제조 공정과 배터리에 사용되는 재료에 있으며 배터리 팩 내의 개별 셀에 차이가 있습니다. 이러한 차이는 또한 온도 및 습도와 같은 배터리가 작동하는 환경의 영향을받습니다. 이러한 변형은 일반적으로 배터리 전압의 차이로 나타납니다. 또한, 배터리는 전극으로부터의 활성 물질이 분리되고 플레이트 간의 전위 차이로 인해 자연적으로 자기 전하를 경험합니다. 제조 공정의 차이로 인해 자체 차지 속도는 배터리마다 다를 수 있습니다.
배터리 팩에서 한 셀이 다른 셀보다 충전 상태 (SOC)가 더 높은 것으로 가정 해 봅시다. 충전 과정 에서이 셀은 먼저 전하에 도달하여 아직 충전되지 않은 나머지 셀이 조기 충전을 중지하도록합니다. 반대로, 한 셀이 SOC가 낮은 경우, 방전 중에 먼저 방전 차단 전압에 도달하여 다른 셀이 저장된 에너지를 완전히 방출하는 것을 방지합니다.
이것은 배터리 셀의 차이를 무시할 수 없음을 보여줍니다. 이러한 이해를 바탕으로 배터리 밸런싱의 필요성이 발생합니다. 배터리 밸런싱 기술은 기술 중재를 통해 개별 셀 간의 차이를 최소화하거나 제거하여 배터리 팩의 전반적인 성능을 최적화하고 수명을 연장하는 것을 목표로합니다. 배터리 밸런싱은 배터리 팩의 전반적인 효율성을 향상시킬뿐만 아니라 배터리의 서비스 수명을 크게 확장합니다. 따라서 배터리 밸런싱의 본질과 중요성을 이해하는 것은 에너지 활용을 최적화하는 데 중요합니다.
정의 : 배터리 밸런싱은 특정 기술과 방법을 사용하여 배터리 팩의 각 개별 셀이 일관된 전압, 용량 및 작동 조건을 유지하도록합니다. 이 프로세스는 기술적 개입을 통해 배터리 성능을 최적화하고 수명을 극대화하는 것을 목표로합니다.
중요 : 첫째, 배터리 밸런싱은 전체 배터리 팩의 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 균형을 유지함으로써, 개별 세포의 악화로 인한 성능 저하를 피할 수 있습니다. 둘째, 밸런싱은 셀 간의 전압 및 용량 차이를 줄이고 내부 저항을 낮추어 배터리 수명을 효과적으로 연장시켜 배터리 팩의 수명을 연장하는 데 도움이됩니다. 마지막으로, 안전 관점에서 배터리 밸런싱을 구현하면 개별 셀의 과충전 또는 과잉 차용을 방지하여 열 런 어웨이와 같은 잠재적 안전 위험이 줄어 듭니다.
배터리 설계 : 개별 셀 간의 성능 불일치를 해결하기 위해 주요 배터리 제조업체는 배터리 설계, 어셈블리, 재료 선택, 생산 공정 제어 및 유지 보수와 같은 영역에서 지속적으로 혁신하고 최적화합니다. 이러한 노력에는 셀 디자인 개선, 팩 설계 최적화, 공정 제어 향상, 원료 선택, 생산 모니터링 강화 및 저장 조건 개선이 포함됩니다.
BMS (배터리 모니터링 시스템) 밸런싱 기능 : 개별 셀 간의 에너지 분포를 조정하여 BMS는 불일치를 줄이고 배터리 팩의 사용 가능한 용량과 수명을 증가시킵니다. BMS에서 밸런싱을 달성하는 두 가지 주요 방법 인 수동 밸런싱 및 활성 밸런싱이 있습니다.
에너지 소산 밸런싱으로도 알려진 수동 밸런싱은 열 형태의 전압 또는 용량이 높은 세포에서 과도한 에너지를 방출하여 전압과 다른 세포와 일치하는 용량을 줄입니다. 이 과정은 주로 과도한 에너지를 분로하기 위해 개별 세포에 연결된 평행 저항에 의존합니다.
세포가 다른 것보다 더 높은 전하를 갖는 경우, 과량의 에너지는 평행 저항을 통해 소산되어 다른 세포와의 균형을 달성합니다. 단순성과 저렴한 비용으로 인해 수동 밸런싱은 다양한 배터리 시스템에서 널리 사용됩니다. 그러나 에너지가 효과적으로 활용되기보다는 열로 소실되므로 상당한 에너지 손실의 단점이 있습니다. 엔지니어는 일반적으로 밸런싱 전류를 낮은 수준 (약 100mA)으로 제한합니다. 구조를 단순화하기 위해 밸런싱 프로세스는 수집 프로세스와 동일한 배선 하니스를 공유하고 두 개는 교대로 작동합니다. 이 설계는 시스템 복잡성과 비용을 줄이지 만 균형 효율이 낮아지고 눈에 띄는 결과를 얻을 수있는 시간이 길어집니다. 수동 밸런싱에는 두 가지 주요 유형이 있습니다 : 고정 션트 저항 및 스위치 션트 저항기. 전자는 고정 분로를 연결하여 과충전을 방지하는 반면, 후자는 과도한 에너지를 소산하기 위해 스위칭을 정확하게 제어합니다.
반면에 활성 밸런싱은보다 효율적인 에너지 관리 방법입니다. 과도한 에너지를 소산하는 대신, 인덕터, 커패시터 및 변압기와 같은 구성 요소를 포함하는 특수 설계된 회로를 사용하여 용량이 높은 용량을 가진 세포에서 에너지를 전달합니다. 이는 세포 간 전압의 균형을 유지할뿐만 아니라 전체 에너지 활용 속도를 증가시킵니다.
예를 들어, 충전 중에 셀이 상한 전압 한계에 도달하면 BMS는 활성 밸런싱 메커니즘을 활성화시킵니다. 그것은 용량이 상대적으로 낮은 세포를 식별하고 신중하게 설계된 밸런서 회로를 통해 고전압 세포에서 이들 저전압 세포로 에너지를 전달한다. 이 프로세스는 정확하고 효율적이며 배터리 팩의 성능을 크게 향상시킵니다.
수동 및 능동 밸런싱은 배터리 팩의 사용 가능한 용량을 높이고 수명을 연장하며 전반적인 시스템 효율성을 향상시키는 데 중요한 역할을합니다.
수동적이고 활성 밸런싱 기술을 비교할 때 디자인 철학과 실행이 크게 다르다는 것이 분명해집니다. 활성 밸런싱은 일반적으로 전달할 정확한 에너지 양을 계산하기위한 복잡한 알고리즘을 포함하는 반면, 수동적 밸런싱은 과도한 에너지를 소비하기 위해 스위치 작업의 타이밍을 정확하게 제어하는 데 더 의존합니다.
밸런싱 프로세스 전체에서 시스템은 각 셀의 매개 변수의 변화를 지속적으로 모니터링하여 밸런싱 작업이 효과적 일뿐 만 아니라 안전합니다. 셀 간의 차이가 사전 정의 된 허용 범위에 속하면 시스템은 밸런싱 작업을 종료합니다.
적절한 밸런싱 방법을 신중하게 선택하고 밸런싱 속도와 정도를 엄격하게 제어하고 밸런싱 프로세스 중에 생성 된 열을 효과적으로 관리함으로써 배터리 팩의 성능 및 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다.
