Tác giả: Trình chỉnh sửa trang web Thời gian xuất bản: 2024-10-25 Nguồn gốc: Địa điểm
Trong công nghệ pin hiện đại, chúng ta thường gặp phải thuật ngữ 'cân bằng pin. ' Nhưng nó có nghĩa là gì? Nguyên nhân gốc nằm trong quá trình sản xuất và các vật liệu được sử dụng trong pin, dẫn đến sự khác biệt giữa các ô riêng lẻ trong bộ pin. Những khác biệt này cũng bị ảnh hưởng bởi môi trường mà pin hoạt động, chẳng hạn như nhiệt độ và độ ẩm. Những biến thể này thường biểu hiện là sự khác biệt về điện áp pin. Ngoài ra, pin tự nhiên trải nghiệm tự xả do tách vật liệu hoạt động khỏi các điện cực và sự khác biệt tiềm năng giữa các tấm. Tỷ lệ tự xả có thể thay đổi giữa các pin vì sự khác biệt trong quy trình sản xuất.
Hãy minh họa điều này với một ví dụ: giả sử trong bộ pin, một ô có trạng thái sạc cao hơn (SOC) so với các loại khác. Trong quá trình sạc, tế bào này sẽ đạt được điện tích đầy đủ trước, khiến phần còn lại của các ô chưa được sạc đầy đủ để ngừng sạc sớm. Ngược lại, nếu một tế bào có SOC thấp hơn, nó sẽ đạt đến điện áp cắt giảm đầu tiên trong quá trình phóng điện, ngăn chặn các tế bào khác giải phóng đầy đủ năng lượng được lưu trữ của chúng.
Điều này chứng minh rằng sự khác biệt giữa các tế bào pin không thể bị bỏ qua. Dựa trên sự hiểu biết này, sự cần thiết phải cân bằng pin phát sinh. Công nghệ cân bằng pin nhằm mục đích giảm thiểu hoặc loại bỏ sự khác biệt giữa các ô riêng lẻ thông qua các can thiệp kỹ thuật để tối ưu hóa hiệu suất tổng thể của bộ pin và kéo dài tuổi thọ của nó. Cân bằng pin không chỉ cải thiện hiệu quả tổng thể của bộ pin, mà còn kéo dài đáng kể thời gian phục vụ của pin. Do đó, hiểu được bản chất và tầm quan trọng của cân bằng pin là rất quan trọng để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng.
Định nghĩa: Cân bằng pin đề cập đến việc sử dụng các kỹ thuật và phương pháp cụ thể để đảm bảo rằng mỗi ô riêng lẻ trong bộ pin duy trì điện áp, công suất và điều kiện hoạt động nhất quán. Quá trình này nhằm mục đích tối ưu hóa hiệu suất pin và tối đa hóa tuổi thọ của nó thông qua can thiệp kỹ thuật.
Tầm quan trọng: Đầu tiên, cân bằng pin có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của toàn bộ bộ pin. Bằng cách cân bằng, có thể tránh được sự suy giảm hiệu suất do sự suy giảm của các tế bào riêng lẻ. Thứ hai, cân bằng giúp kéo dài tuổi thọ của bộ pin bằng cách giảm sự khác biệt về điện áp và công suất giữa các ô và giảm điện trở bên trong, giúp kéo dài tuổi thọ của pin một cách hiệu quả. Cuối cùng, từ góc độ an toàn, việc thực hiện cân bằng pin có thể ngăn ngừa quá mức hoặc quá tải quá mức của các tế bào riêng lẻ, giảm các rủi ro an toàn tiềm năng như chạy trốn nhiệt.
Thiết kế pin: Để giải quyết sự không nhất quán về hiệu suất giữa các ô riêng lẻ, các nhà sản xuất pin chính liên tục đổi mới và tối ưu hóa trong các lĩnh vực như thiết kế pin, lắp ráp, lựa chọn vật liệu, kiểm soát quy trình sản xuất và bảo trì. Những nỗ lực này bao gồm cải thiện thiết kế tế bào, tối ưu hóa thiết kế gói, tăng cường kiểm soát quy trình, lựa chọn nghiêm ngặt nguyên liệu, tăng cường giám sát sản xuất và cải thiện điều kiện lưu trữ.
BMS (Hệ thống giám sát pin) Chức năng cân bằng: Bằng cách điều chỉnh phân phối năng lượng giữa các ô riêng lẻ, BMS làm giảm sự không nhất quán và tăng khả năng sử dụng và tuổi thọ của bộ pin. Có hai phương pháp chính để đạt được sự cân bằng trong BMS: cân bằng thụ động và cân bằng chủ động.
Cân bằng thụ động, còn được gọi là cân bằng tiêu tán năng lượng, hoạt động bằng cách giải phóng năng lượng dư thừa từ các tế bào có điện áp hoặc công suất cao hơn ở dạng nhiệt, do đó làm giảm điện áp và công suất của chúng để phù hợp với các tế bào khác. Quá trình này chủ yếu dựa vào các điện trở song song được kết nối với các tế bào riêng lẻ để shunt năng lượng dư thừa.
Khi một tế bào có điện tích cao hơn các tế bào khác, năng lượng dư thừa sẽ bị tiêu tán thông qua điện trở song song, đạt được sự cân bằng với các ô khác. Do tính đơn giản và chi phí thấp, cân bằng thụ động được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống pin khác nhau. Tuy nhiên, nó có nhược điểm của việc mất năng lượng đáng kể, vì năng lượng bị tiêu tan là nhiệt thay vì được sử dụng hiệu quả. Các kỹ sư thường giới hạn dòng điện cân bằng ở mức thấp (khoảng 100mA). Để đơn giản hóa cấu trúc, quá trình cân bằng chia sẻ cùng một dây nối với quy trình thu thập và hai hoạt động xen kẽ. Mặc dù thiết kế này làm giảm độ phức tạp và chi phí của hệ thống, nhưng nó cũng dẫn đến hiệu quả cân bằng thấp hơn và thời gian dài hơn để đạt được kết quả đáng chú ý. Có hai loại cân bằng thụ động chính: điện trở shunt cố định và điện trở shunt chuyển đổi. Cái trước kết nối một shunt cố định để ngăn chặn quá mức, trong khi cái sau điều khiển chính xác việc chuyển đổi để tiêu tan năng lượng dư thừa.
Mặt khác, cân bằng tích cực là một phương pháp quản lý năng lượng hiệu quả hơn. Thay vì tiêu tán năng lượng dư thừa, nó chuyển năng lượng từ các tế bào có công suất cao hơn sang những người có công suất thấp hơn sử dụng các mạch được thiết kế đặc biệt kết hợp các thành phần như cuộn cảm, tụ điện và máy biến áp. Điều này không chỉ cân bằng điện áp giữa các tế bào mà còn làm tăng tốc độ sử dụng năng lượng tổng thể.
Ví dụ, trong quá trình sạc, khi một tế bào đạt đến giới hạn điện áp trên của nó, BMS kích hoạt cơ chế cân bằng hoạt động. Nó xác định các tế bào có công suất tương đối thấp hơn và chuyển năng lượng từ tế bào điện áp cao sang các tế bào điện áp thấp này thông qua mạch cân bằng được thiết kế cẩn thận. Quá trình này vừa chính xác và hiệu quả, nâng cao đáng kể hiệu suất của bộ pin.
Cả hai vai trò quan trọng của sự thụ động và tích cực trong việc tăng khả năng sử dụng của bộ pin, kéo dài tuổi thọ và cải thiện hiệu quả hệ thống tổng thể.
Khi so sánh các công nghệ cân bằng thụ động và tích cực, rõ ràng chúng khác nhau đáng kể trong triết lý thiết kế và thực thi. Cân bằng chủ động thường liên quan đến các thuật toán phức tạp để tính toán lượng năng lượng chính xác để truyền, trong khi cân bằng thụ động phụ thuộc nhiều hơn vào việc kiểm soát chính xác thời gian của các hoạt động chuyển đổi để tiêu tan năng lượng dư thừa.
Trong suốt quá trình cân bằng, hệ thống liên tục theo dõi các thay đổi trong các tham số của mỗi ô để đảm bảo rằng các hoạt động cân bằng không chỉ hiệu quả mà còn an toàn. Khi sự khác biệt giữa các ô nằm trong phạm vi chấp nhận được xác định trước, hệ thống sẽ kết thúc hoạt động cân bằng.
Bằng cách lựa chọn cẩn thận phương pháp cân bằng thích hợp, kiểm soát nghiêm ngặt tốc độ và mức độ cân bằng, và quản lý nhiệt hiệu quả trong quá trình cân bằng, hiệu suất và tuổi thọ của bộ pin có thể được cải thiện đáng kể.
