리튬 배터리 팩은 유지 관리가 부족한 엔진과 같습니다. 에이BMS밸런싱 기능이 없는 것은 단지 데이터 수집기일 뿐이며 관리 시스템으로 간주될 수 없습니다. 능동 및 수동 밸런싱 모두 배터리 팩 내 불일치를 제거하는 것을 목표로 하지만 구현 원리는 근본적으로 다릅니다.
명확성을 위해 이 기사에서는 알고리즘을 통해 BMS에 의해 시작된 밸런싱을 능동 밸런싱으로 정의하고, 저항을 사용하여 에너지를 소산하는 밸런싱을 수동 밸런싱이라고 합니다. 능동 균형에는 에너지 전달이 포함되는 반면, 수동 균형에는 에너지 소산이 포함됩니다.
기본 배터리 팩 설계 원리
- 첫 번째 셀이 완전히 충전되면 충전을 중단해야 합니다.
- 첫 번째 셀이 고갈되면 방전이 종료되어야 합니다.
- 약한 세포는 강한 세포보다 빨리 노화됩니다.
- - 가장 약한 충전량을 가진 셀은 궁극적으로 배터리 팩을 제한하게 됩니다.'의 가용 용량(가장 약한 링크).
- 배터리 팩 내의 시스템 온도 구배로 인해 더 높은 평균 온도에서 작동하는 셀이 약해집니다.
- 균형을 맞추지 않으면 가장 약한 셀과 가장 강한 셀 사이의 전압 차이가 각 충전 및 방전 주기마다 증가합니다. 결국 한 셀은 최대 전압에 접근하고 다른 셀은 최소 전압에 접근하게 되어 팩의 충전 및 방전 기능을 방해하게 됩니다.
시간이 지남에 따라 셀의 불일치와 설치 시 온도 조건의 변화로 인해 셀 밸런싱이 필수적입니다.
리튬 이온 배터리는 주로 충전 불일치와 용량 불일치라는 두 가지 유형의 불일치에 직면합니다. 충전 불일치는 동일한 용량의 셀이라도 점차적으로 충전량이 달라질 때 발생합니다. 용량 불일치는 초기 용량이 다른 셀을 함께 사용할 때 발생합니다. 일반적으로 셀은 유사한 제조 공정으로 같은 시기에 생산되면 잘 일치하지만, 출처를 알 수 없거나 상당한 제조 차이가 있는 셀에서는 불일치가 발생할 수 있습니다.
액티브 밸런싱과 패시브 밸런싱
1. 목적
배터리 팩은 직렬로 연결된 많은 셀로 구성되며 동일할 가능성은 거의 없습니다. 밸런싱은 셀 전압 편차가 예상 범위 내로 유지되도록 보장하여 전반적인 유용성과 제어성을 유지함으로써 손상을 방지하고 배터리 수명을 연장합니다.
2. 디자인 비교
- 패시브 밸런싱: 일반적으로 저항기를 사용하여 더 높은 전압 셀을 방전하여 초과 에너지를 열로 변환합니다. 이 방법은 다른 셀의 충전 시간을 연장하지만 효율은 낮습니다.
- 액티브 밸런싱: 충전 및 방전 주기 동안 셀 내에서 전하를 재분배하여 충전 시간을 줄이고 방전 기간을 연장하는 복잡한 기술입니다. 일반적으로 방전 중에는 하단 균형 전략을 사용하고 충전 중에는 상단 균형 전략을 사용합니다.
- 장점과 단점 비교: 패시브 밸런싱은 더 간단하고 저렴하지만 에너지를 열로 낭비하고 밸런싱 효과가 느리기 때문에 효율성이 떨어집니다. 능동 밸런싱은 더욱 효율적이며 셀 간에 에너지를 전달하여 전반적인 사용 효율성을 향상하고 균형을 더 빠르게 달성합니다. 그러나 복잡한 구조와 높은 비용이 수반되며 이러한 시스템을 전용 IC에 통합하는 데 어려움이 있습니다.
결론
BMS의 개념은 초기에 해외에서 개발되었으며 초기 IC 설계는 전압 및 온도 감지에 중점을 두었습니다. 밸런싱 개념은 나중에 도입되었으며 처음에는 IC에 통합된 저항 방전 방법을 사용했습니다. 이러한 접근 방식은 이제 TI, MAXIM, LINEAR와 같은 회사에서 이러한 칩을 생산하고 일부 회사에서는 스위치 드라이버를 칩에 통합하면서 널리 보급되었습니다.
패시브 밸런싱 원리와 다이어그램에서 배터리 팩을 배럴에 비유하면 셀은 지팡이와 같습니다. 에너지가 높은 세포는 긴 판자이고, 에너지가 낮은 세포는 짧은 판자입니다. 수동적 균형 조정은 긴 판자를 "단축"시킬 뿐이므로 에너지 낭비와 비효율성을 초래합니다. 이 방법은 대용량 팩에서 열 방출이 심하고 밸런싱 효과가 느린 등의 한계가 있습니다.
이와 대조적으로 능동형 균형 조정은 "짧은 판자를 채워" 에너지가 높은 셀에서 에너지가 낮은 셀로 에너지를 전달하여 효율성을 높이고 균형을 더 빠르게 달성합니다. 그러나 스위치 매트릭스를 설계하고 드라이브를 제어하는 데 어려움이 있어 복잡성과 비용 문제가 발생합니다.
절충점을 고려할 때 일관성이 좋은 셀에는 수동 밸런싱이 적합할 수 있지만 불일치가 큰 셀에는 능동 밸런싱이 바람직합니다.
게시 시간: 2024년 8월 27일
