लिथियम बॅटरी पॅक हे देखभालीची गरज नसलेल्या इंजिनांसारखे असतात.बीएमएसबॅलन्सिंग फंक्शनशिवाय बॅटरी पॅक केवळ एक डेटा संग्राहक असतो आणि त्याला व्यवस्थापन प्रणाली मानले जाऊ शकत नाही. सक्रिय आणि निष्क्रिय बॅलन्सिंग या दोन्हींचा उद्देश बॅटरी पॅकमधील विसंगती दूर करणे हा असतो, परंतु त्यांच्या अंमलबजावणीची तत्त्वे मूलभूतपणे भिन्न आहेत.
स्पष्टतेसाठी, या लेखात बीएमएसद्वारे अल्गोरिदमच्या माध्यमातून सुरू केलेल्या संतुलनाला 'सक्रिय संतुलन' (active balancing) असे परिभाषित केले आहे, तर ऊर्जा विसर्जित करण्यासाठी रेझिस्टरचा वापर करणाऱ्या संतुलनाला 'निष्क्रिय संतुलन' (passive balancing) म्हटले जाते. सक्रिय संतुलनामध्ये ऊर्जेचे हस्तांतरण होते, तर निष्क्रिय संतुलनामध्ये ऊर्जेचा अपव्यय होतो.
बॅटरी पॅक डिझाइनची मूलभूत तत्त्वे
- पहिली बॅटरी पूर्णपणे चार्ज झाल्यावर चार्जिंग थांबवले पाहिजे.
- पहिला सेल रिकामा झाल्यावर डिस्चार्जिंग थांबले पाहिजे.
- कमजोर पेशी सशक्त पेशींपेक्षा लवकर वृद्ध होतात.
- सर्वात कमी चार्ज असलेला सेलच अखेरीस बॅटरी पॅकची क्षमता मर्यादित करेल.'वापरण्यायोग्य क्षमता (सर्वात कमकुवत दुवा).
- बॅटरी पॅकमधील प्रणाली तापमानातील फरकामुळे, जास्त सरासरी तापमानात कार्यरत असलेले सेल कमकुवत होतात.
- संतुलन न साधल्यास, प्रत्येक चार्ज आणि डिस्चार्ज चक्रासोबत सर्वात कमकुवत आणि सर्वात मजबूत सेलच्या व्होल्टेजमधील फरक वाढत जातो. अखेरीस, एक सेल कमाल व्होल्टेजच्या जवळ पोहोचतो, तर दुसरा किमान व्होल्टेजच्या जवळ पोहोचतो, ज्यामुळे बॅटरी पॅकच्या चार्ज आणि डिस्चार्ज क्षमतेत अडथळा येतो.
कालांतराने पेशींमधील विसंगती आणि स्थापनेपासूनच्या बदलत्या तापमान परिस्थितीमुळे, पेशींचे संतुलन करणे आवश्यक आहे.
लिथियम-आयन बॅटरीमध्ये प्रामुख्याने दोन प्रकारच्या विसंगती आढळतात: चार्जिंगमधील विसंगती आणि क्षमतेतील विसंगती. जेव्हा समान क्षमतेच्या सेल्सच्या चार्जमध्ये हळूहळू फरक पडतो, तेव्हा चार्जिंगमधील विसंगती निर्माण होते. जेव्हा वेगवेगळ्या प्रारंभिक क्षमता असलेले सेल्स एकत्र वापरले जातात, तेव्हा क्षमतेतील विसंगती निर्माण होते. जरी समान उत्पादन प्रक्रियेने आणि एकाच वेळी तयार केलेले सेल्स साधारणपणे एकमेकांशी जुळणारे असले तरी, अज्ञात स्रोतांच्या किंवा उत्पादनातील लक्षणीय फरकांच्या सेल्समुळे विसंगती निर्माण होऊ शकते.
सक्रिय संतुलन विरुद्ध निष्क्रिय संतुलन
१. उद्देश
बॅटरी पॅकमध्ये अनेक सेल एकापाठोपाठ जोडलेले असतात, जे एकसारखे असण्याची शक्यता कमी असते. बॅलन्सिंगमुळे सेल व्होल्टेजमधील तफावत अपेक्षित मर्यादेत राहते, ज्यामुळे एकूण उपयोगिता आणि नियंत्रणक्षमता टिकून राहते, परिणामी नुकसान टळते आणि बॅटरीचे आयुष्य वाढते.
२. डिझाइनची तुलना
- पॅसिव्ह बॅलन्सिंग: यामध्ये सामान्यतः रेझिस्टर्सचा वापर करून उच्च व्होल्टेजच्या सेल्सना डिस्चार्ज केले जाते आणि अतिरिक्त ऊर्जेचे उष्णतेत रूपांतर केले जाते. या पद्धतीमुळे इतर सेल्सच्या चार्जिंगचा वेळ वाढतो, परंतु तिची कार्यक्षमता कमी असते.
- अॅक्टिव्ह बॅलन्सिंग: एक जटिल तंत्र जे चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग चक्रांदरम्यान पेशींमधील चार्जचे पुनर्वितरण करते, ज्यामुळे चार्जिंगचा वेळ कमी होतो आणि डिस्चार्जिंगचा कालावधी वाढतो. यामध्ये सामान्यतः डिस्चार्जिंग दरम्यान बॉटम बॅलन्सिंग आणि चार्जिंग दरम्यान टॉप बॅलन्सिंग पद्धतींचा वापर केला जातो.
- फायदे आणि तोटे यांची तुलना: निष्क्रिय संतुलन अधिक सोपे आणि स्वस्त असले तरी कमी कार्यक्षम आहे, कारण त्यात उष्णतेच्या स्वरूपात ऊर्जा वाया जाते आणि संतुलनाचा परिणाम अधिक हळू होतो. सक्रिय संतुलन अधिक कार्यक्षम आहे, कारण ते पेशींमध्ये ऊर्जेचे हस्तांतरण करते, ज्यामुळे एकूण वापराची कार्यक्षमता सुधारते आणि संतुलन अधिक लवकर साधले जाते. तथापि, यामध्ये जटिल रचना आणि जास्त खर्च येतो, तसेच या प्रणालींना समर्पित आयसीमध्ये समाकलित करण्यात आव्हाने असतात.
निष्कर्ष
BMS ची संकल्पना सुरुवातीला परदेशात विकसित झाली, जिथे सुरुवातीच्या IC डिझाइनमध्ये व्होल्टेज आणि तापमान ओळखण्यावर लक्ष केंद्रित केले होते. नंतर बॅलन्सिंगची संकल्पना सादर करण्यात आली, ज्यासाठी सुरुवातीला IC मध्ये समाकलित केलेल्या रेझिस्टिव्ह डिस्चार्ज पद्धतींचा वापर केला गेला. हा दृष्टिकोन आता सर्वत्र प्रचलित आहे, आणि TI, MAXIM, आणि LINEAR सारख्या कंपन्या अशा चिप्सचे उत्पादन करतात, ज्यापैकी काही चिप्समध्ये स्विच ड्रायव्हर्स समाकलित करतात.
पॅसिव्ह बॅलन्सिंगची तत्त्वे आणि आकृत्यांनुसार, जर बॅटरी पॅकची तुलना पिंपाशी केली, तर त्यातील सेल्स हे त्याच्या दांड्यांसारखे असतात. जास्त ऊर्जा असलेले सेल्स लांब फळ्या असतात आणि कमी ऊर्जा असलेले सेल्स लहान फळ्या असतात. पॅसिव्ह बॅलन्सिंगमुळे फक्त लांब फळ्या 'लहान' होतात, ज्यामुळे ऊर्जेचा अपव्यय होतो आणि अकार्यक्षमता वाढते. या पद्धतीला काही मर्यादा आहेत, ज्यात मोठ्या क्षमतेच्या पॅकमध्ये लक्षणीय उष्णता उत्सर्जन आणि बॅलन्सिंगचा मंद परिणाम यांचा समावेश आहे.
याउलट, सक्रिय संतुलन हे "उणिवा भरून काढते," म्हणजेच उच्च-ऊर्जा असलेल्या पेशींकडून कमी-ऊर्जा असलेल्या पेशींमध्ये ऊर्जा हस्तांतरित करते, ज्यामुळे उच्च कार्यक्षमता आणि जलद संतुलन साधले जाते. तथापि, यामुळे गुंतागुंत आणि खर्चाच्या समस्या निर्माण होतात, तसेच स्विच मॅट्रिक्सची रचना करणे आणि ड्राइव्ह नियंत्रित करणे यात आव्हाने येतात.
यातील फायदे-तोटे लक्षात घेता, चांगली सुसंगतता असलेल्या पेशींसाठी निष्क्रिय संतुलन योग्य ठरू शकते, तर अधिक तफावत असलेल्या पेशींसाठी सक्रिय संतुलन अधिक श्रेयस्कर आहे.
पोस्ट करण्याची वेळ: २७ ऑगस्ट २०२४
