In de moderne batterijtechnologie komen we vaak de term 'accubalancering' tegen. Maar wat betekent dit? De hoofdoorzaak ligt in het productieproces en de materialen die in batterijen worden gebruikt, wat leidt tot verschillen tussen individuele cellen binnen een batterijpakket. Deze verschillen worden ook beïnvloed door de omgeving waarin de batterijen werken, zoals temperatuur en vochtigheid. Deze variaties manifesteren zich doorgaans als verschillen in de accuspanning. Bovendien ervaren batterijen van nature zelfontlading als gevolg van het loskomen van actief materiaal van de elektroden en het potentiaalverschil tussen de platen. De zelfontladingspercentages kunnen variëren tussen batterijen vanwege verschillen in productieprocessen.
Laten we dit illustreren met een voorbeeld: Stel dat in een batterijpakket één cel een hogere laadstatus (SOC) heeft dan de andere. Tijdens het laadproces zal deze cel als eerste volledig opladen, waardoor de rest van de cellen die nog niet volledig zijn opgeladen, voortijdig stopt met opladen. Omgekeerd, als een cel een lagere SOC heeft, zal deze tijdens het ontladen als eerste de ontladingsafsluitspanning bereiken, waardoor wordt voorkomen dat de andere cellen hun opgeslagen energie volledig vrijgeven.
Dit toont aan dat verschillen tussen batterijcellen niet kunnen worden genegeerd. Op basis van dit inzicht ontstaat de behoefte aan batterijbalancering. Batterijbalanceringstechnologie heeft tot doel de verschillen tussen individuele cellen te minimaliseren of te elimineren door middel van technische interventies om de algehele prestaties van het batterijpakket te optimaliseren en de levensduur ervan te verlengen. Het balanceren van de batterij verbetert niet alleen de algehele efficiëntie van het batterijpakket, maar verlengt ook de levensduur van de batterij aanzienlijk. Daarom is het begrijpen van de essentie en het belang van batterijbalancering cruciaal voor het optimaliseren van het energieverbruik.
Definitie: Batterijbalancering verwijst naar het gebruik van specifieke technieken en methoden om ervoor te zorgen dat elke individuele cel in een batterijpakket een consistente spanning, capaciteit en bedrijfsomstandigheden behoudt. Dit proces is gericht op het optimaliseren van de batterijprestaties en het maximaliseren van de levensduur door middel van technische interventies.
Belang: Ten eerste kan batterijbalancering de prestaties van het gehele batterijpakket aanzienlijk verbeteren. Door te balanceren kan achteruitgang van de prestaties, veroorzaakt door de verslechtering van individuele cellen, worden vermeden. Ten tweede helpt balanceren de levensduur van het batterijpakket te verlengen door de spannings- en capaciteitsverschillen tussen cellen te verkleinen en de interne weerstand te verlagen, waardoor de levensduur van de batterij effectief wordt verlengd. Ten slotte kan het implementeren van batterijbalancering vanuit veiligheidsoogpunt het overladen of overmatig ontladen van individuele cellen voorkomen, waardoor potentiële veiligheidsrisico's zoals thermische overstroming worden verminderd.
Batterijontwerp: Om de prestatie-inconsistentie tussen individuele cellen aan te pakken, innoveren en optimaliseren grote batterijfabrikanten voortdurend op gebieden zoals batterijontwerp, assemblage, materiaalkeuze, controle van het productieproces en onderhoud. Deze inspanningen omvatten het verbeteren van het celontwerp, het optimaliseren van het verpakkingsontwerp, het verbeteren van de procescontrole, het strikt selecteren van grondstoffen, het versterken van de productiemonitoring en het verbeteren van de opslagomstandigheden.
BMS (Battery Monitoring System) Balansfunctie: Door de energieverdeling tussen individuele cellen aan te passen, vermindert BMS de inconsistentie en verhoogt het de bruikbare capaciteit en levensduur van het batterijpakket. Er zijn twee hoofdmethoden om balancering in BMS te bereiken: passieve balancering en actieve balancering.
Passief balanceren, ook bekend als balanceren van energiedissipatie, werkt door overtollige energie van cellen met een hogere spanning of capaciteit vrij te geven in de vorm van warmte, waardoor hun spanning en capaciteit worden verminderd om zich aan te passen aan die van andere cellen. Dit proces is voornamelijk afhankelijk van parallelle weerstanden die op de individuele cellen zijn aangesloten om overtollige energie af te voeren.
Wanneer een cel een hogere lading heeft dan andere, wordt de overtollige energie afgevoerd via de parallelle weerstand, waardoor een evenwicht met de andere cellen wordt bereikt. Vanwege de eenvoud en lage kosten wordt passief balanceren veel gebruikt in verschillende batterijsystemen. Het heeft echter het nadeel van aanzienlijk energieverlies, omdat de energie wordt gedissipeerd als warmte in plaats van effectief te worden gebruikt. Ingenieurs beperken de balanceringsstroom gewoonlijk tot een laag niveau (ongeveer 100 mA). Om de structuur te vereenvoudigen, deelt het balanceringsproces dezelfde bedrading als het verzamelproces, en werken de twee afwisselend. Hoewel dit ontwerp de systeemcomplexiteit en -kosten vermindert, resulteert het ook in een lagere balanceringsefficiëntie en een langere tijd om merkbare resultaten te bereiken. Er zijn twee hoofdtypen passieve balancering: vaste shuntweerstanden en geschakelde shuntweerstanden. De eerste verbindt een vaste shunt om overladen te voorkomen, terwijl de laatste nauwkeurig het schakelen regelt om overtollige energie af te voeren.
Actief balanceren is daarentegen een efficiëntere methode voor energiebeheer. In plaats van overtollige energie af te voeren, draagt het energie over van cellen met een hogere capaciteit naar cellen met een lagere capaciteit, met behulp van speciaal ontworpen circuits die componenten bevatten zoals inductoren, condensatoren en transformatoren. Dit brengt niet alleen de spanning tussen de cellen in evenwicht, maar verhoogt ook de totale energiebenutting.
Wanneer een cel bijvoorbeeld tijdens het opladen de bovenste spanningslimiet bereikt, activeert het BMS het actieve balanceringsmechanisme. Het identificeert cellen met een relatief lagere capaciteit en brengt energie over van de hoogspanningscel naar deze laagspanningscellen via een zorgvuldig ontworpen balancercircuit. Dit proces is zowel nauwkeurig als efficiënt, waardoor de prestaties van het accupakket aanzienlijk worden verbeterd.
Zowel passieve als actieve balancering spelen een cruciale rol bij het vergroten van de bruikbare capaciteit van het batterijpakket, het verlengen van de levensduur en het verbeteren van de algehele systeemefficiëntie.
Bij het vergelijken van passieve en actieve balanceringstechnologieën wordt duidelijk dat ze aanzienlijk verschillen in hun ontwerpfilosofie en uitvoering. Actief balanceren omvat doorgaans complexe algoritmen om de exacte hoeveelheid energie te berekenen die moet worden overgedragen, terwijl passief balanceren meer afhankelijk is van het nauwkeurig controleren van de timing van schakeloperaties om overtollige energie af te voeren.
Gedurende het balanceringsproces bewaakt het systeem voortdurend veranderingen in de parameters van elke cel om ervoor te zorgen dat de balanceringsoperaties niet alleen effectief maar ook veilig zijn. Zodra de verschillen tussen cellen binnen een vooraf gedefinieerd aanvaardbaar bereik vallen, beëindigt het systeem de balanceringsoperatie.
Door zorgvuldig de juiste balanceringsmethode te selecteren, de balanceringssnelheid en -graad strikt te controleren en de tijdens het balanceringsproces gegenereerde warmte effectief te beheren, kunnen de prestaties en de levensduur van het batterijpakket aanzienlijk worden verbeterd.
