Active vs. Passive BMS 균형: 48V/51.2V 리튬인산철(LiFePO4) 홈 배터리에 있어 어떤 것이 더 좋은가?

48V 또는 51.2V 리튬인산철(LiFePO4) 배터리는 여러 개의 셀이 직렬로 연결된 구성입니다. 셀이 철저히 맞춰져 있어도, 용량, 내부 저항, 자방전 및 온도에 대한 작은 차이가 시간이 지남에 따라 발생할 수 있습니다. 반복적인 충전과 방전을 통해 이러한 차이는 더 두드러질 수 있습니다.

한 셀이 다른 셀보다 먼저 상한선 또는 하한선에 도달하면 BMS는 해당 셀을 보호하기 위해 충전 또는 방전을 중단해야 할 수 있습니다. 그 결과 사용 가능한 용량이 줄어들고 배터리 성능이 더 일관되지 않을 수 있습니다.

이것이 LiFePO4 배터리에서 BMS 셀 균형이 중요한 기능인 이유입니다. 두 가지 일반적인 접근 방식은 수동 및 동적 균형. 수동 균형은 전압이 높은 셀에서 여분의 에너지를 제거하는 반면, 활성 균형은 전압이 높은 셀에서 전압이 낮은 셀로 에너지를 이전합니다.

그렇다면 둘 사이의 차이점은 무엇이며, 48V/51.2V 스택형 홈 배터리에 대해 어떤 접근 방식이 더 적합할까요?

LiFePO4 배터리는 셀 밸런싱이 필요한 이유는 무엇인가요?

LiFePO4 배터리 팩은 개별 셀이 상대적으로 일관된 전압과 충전 상태(SOC) 범위 내에 유지될 때 가장 효과적으로 작동합니다.

그러나 세포는 완벽하게 동일하지 않습니다. 세포 불균형은 다음과 같은 이유로 발생할 수 있습니다:

• 소규모 제조 및 용량 차이

• 내부 저항의 차이

• 온도 차이

• 다른 자발적 방출 비율

• 장기적인 노화 및 사이클링

16셀 LiFePO4 구성에 대해 고려해 보세요. 충전 중에는 다른 셀들보다 하나의 셀이 먼저 상한 전압 한계에 도달할 수 있습니다. BMS는 해당 셀을 보호하기 위해 충전을 제한하거나 중지해야 하며, 나머지 셀들이 더 많은 에너지를 받아들일 수 있는 경우에도 마찬가지입니다.

방전 시에도 동일한 원리가 적용됩니다. 한 개의 더 약한 셀이 먼저 하한 전압에 도달하면, BMS는 다른 셀들이 아직 사용 가능한 에너지를 가지고 있더라도 부하를 차단할 수 있습니다.

그러므로, 배터리의 사용 가능한 용량은 명명된 Ah 등급만으로 제한될 수 있으며, 가장 불균형한 셀에 의해 제한될 수 있습니다..

세포 균형은 이러한 차이를 줄이고 배터리의 충전 및 방전 사이클 동안 세포가 더 일관되게 작동할 수 있도록 합니다.

수동 BMS 균형 조절은 어떻게 작동하나요?

수동 BMS 균형은 셀 불균형을 수정하는 상대적으로 간단한 방법입니다. BMS가 하나의 셀이 다른 셀보다 더 높은 전압을 가지고 있다고 감지하면, 해당 셀에 연결된 저항기를 작동시킵니다. 여분의 전기 에너지는 열로 방출됩니다.

기본 과정은 다음과 같습니다:

고전압 셀 → 저항 네트워크 → 열

수동 균형은 일반적으로 상대적으로 낮은 전류 수준에서 작동하며, BMS 설계에 따라 약 50~200 mA입니다.

LiFePO4 배터리의 경우, 수동 균형 조정은 일반적으로 충전 과정의 상단 부근에 집중됩니다. 전압 기반 균형 임계값을 사용하는 구조에서는 셀이 약 3.45V/셀을 초과할 때 균형 기능이 활성화될 수 있습니다.

수동 균형의 장점

수동 균형은 다음과 같은 기능을 제공합니다:

• 단순한 회로 아키텍처

• 하위 구성 요소 비용

• 직접적인 제어

• 잘 맞는 세포에 적합한 품질

• 작은 용량 또는 비용에 민감한 배터리 팩용 실용적인 성능

수동 균형의 한계

주요 제한점은 여분의 에너지가 다른 셀에 의해 회수되는 대신 열로 변환된다는 점입니다. 상대적으로 낮은 균형 전류로 인해 중요한 셀 차이를 수정하는 데 더 오래 걸릴 수 있습니다.

균일한 셀을 갖추고 상대적으로 작은 편차를 가진 배터리에는 이 방법이 충분할 수 있습니다. 그러나 더 높은 용량과 모듈형 에너지 저장 시스템은 더 강력한 균형 전략의 이점을 받을 수 있습니다.

활성 BMS 균형 조절은 어떻게 작동하나요?

활성 BMS 균형은 본질적으로 다른 접근 방식을 사용합니다. 여분의 에너지를 분산시키는 대신, 고전압 셀에서 저전압 셀로 에너지를 이전합니다.

기본 과정은 다음과 같습니다:

고전압 셀 → 에너지 전송 회로 → 저전압 셀

의존하여 BMS 아키텍처, 활성 균형은 정전용량, 유도, 변압기 기반, 또는 기타 이방향 에너지 전송 회로를 사용할 수 있습니다.

에너지가 단순히 소산되는 것이 아니라 전달되기 때문에, 활성 균형 조절은 기존의 수동 균형 조절보다 훨씬 높은 전류 수준에서 작동할 수 있습니다. 고급 아키텍처에서는 균형 전류가 암페어 범위에 도달할 수 있습니다.

활성 균형은 특정 BMS 설계 및 제어 전략에 따라 충전 및 방전 중에도 작동할 수 있습니다.

활성 균형의 장점

활성 균형을 제공할 수 있습니다:

• 더 높은 균형 전류

• 세포 불균형의 빠른 수정

• 균형을 맞출 때 에너지 손실이 적음

• 저항 균형과 비교하여 열 발생 감소

• 고용량 배터리 시스템에 더 적합

• 모듈식 및 스택형 ESS 애플리케이션에 대한 더 큰 가능성

활성 균형의 한계

추가적인 에너지 전달 회로와 제어 로직으로 인해 활성 균형이 수동 균형보다 더 복잡합니다. 이는 부품 수, 엔지니어링 요구 사항 및 시스템 비용을 증가시킬 수 있습니다.

따라서, 활성 균형은 모든 배터리에 대해 자동으로 더 나은 것은 아닙니다. 배터리 용량, 주기적 사용 빈도, 시스템 확장성 및 사용 가능한 에너지 요구 사항이 추가적인 BMS 기능을 정당화할 때 그 가치가 더 두드러집니다.

활성형과 수동형 BMS 균형: 주요 차이점

균형 파라미터	수동 BMS 균형	활성 BMS 균형 (ACE 스마트 BMS)
현재 균형 맞추기	50 mA–200 mA	1 A–5 A (양방향)
에너지 손실 / 열	여분의 에너지를 열로 변환합니다	에너지 전달 효율 >90%
활성 트리거 단계	충전 종료 상태만 (>3.45V/셀)	연속 (충전, 방전, 정지)
대상 응용 프로그램	단일 48V 팩 또는 가벼운 하중	다중 모듈 병렬 스택(최대 15개 이상 단위)

*실제 균형 전류, 트리거 조건, 작동 단계 및 효율은 특정 BMS 아키텍처, 배터리 모델 및 시스템 구성에 따라 다릅니다.

기본적인 차이는 간단합니다: 수동 균형은 여분의 에너지를 제거하고, 주동 균형은 셀 간에 에너지를 재분배합니다.

스택형 48V/51.2V 홈 배터리에 대한 BMS 균형이 중요한 이유는 무엇인가요?

BMS 밸런싱은 모듈식, 스택형 에너지 저장 시스템으로 설계된 주거용 배터리에서 점점 더 중요해집니다.

스택형 배터리는 여러 모듈이 함께 작동하여 전체 저장 용량을 증가시킬 수 있습니다. 시스템 용량과 모듈 수가 증가함에 따라, 개별 셀을 단순히 균형 맞추는 것보다 일관된 운영을 유지하는 것이 더 중요해집니다.

적절한 BMS는 다음을 조율해야 할 수 있습니다:

• 셀 단위 전압 균형

• 소시 모니터링

• 온도 모니터링

• 모듈 통신

• 현재 공유

• 고장 감지 및 보호

예를 들어, 배터리 모듈 내의 한 셀이 크게 불균형을 이룬다면, 해당 모듈은 예상보다 더 빨리 전압 한계에 도달할 수 있습니다. 다중 모듈 시스템에서는 모듈 간의 차이가 전체 배터리 시스템이 가용 에너지를 얼마나 효율적으로 사용하는지에 더욱 영향을 줄 수 있습니다.

이는 BMS 균형을 더 넓은 시스템 아키텍처의 일부로 만듭니다. 균형 회로, 모니터링 기능, 제어 알고리즘 및 모듈 통신은 시스템이 확장됨에 따라 배터리 일관성을 유지하기 위해 함께 작동해야 합니다.

주요 배터리 OEM은 스택형 홈 배터리용 BMS 균형을 어떻게 설계하나요?

모든 에 대해 단일한 BMS 밸런싱 아키텍처는 없습니다.주거용 배터리. 주요 배터리 OEM은 셀 구성, 배터리 용량, 사이클링 요구 사항, 비용 목표 및 시스템 확장성에 따라 수동, 활성 또는 하이브리드 균형을 사용할 수 있습니다.

하이브리드 아키텍처는 두 가지 방법을 결합할 수 있습니다. 저항성 에너지 소산을 통해 작은 셀 오프셋을 처리하는 피동 균형과, 더 빠르거나 더 높은 전류 수정이 필요한 경우 셀 간에 에너지를 이동하는 활동적 균형입니다.

이 접근법은 스택형 홈 배터리에 특히 관련이 있습니다. 복수의 모듈이 병렬로 연결될 때, 하나의 불균형한 셀 또는 모듈이 전체 시스템의 용량 제한이 되는 것을 방지하기 위해 셀 일관성을 유지하는 것이 점점 더 중요해집니다.

특정 균형 전류, 트리거 조건, 작동 범위 및 지원되는 모듈 수는 따라서 배터리 제조사의 실제 BMS 아키텍처를 기준으로 평가되어야 하며, 균형 방법 자체에 기반해서는 안 된다.

ACE 배터리의 스마트 BMS가 스택형 홈 에너지 저장을 지원하는 방법

ACE 배터리는 모듈형 주거 에너지 저장을 위한 스마트 BMS 아키텍처에 활성 균형이 어떻게 통합될 수 있는지를 보여주는 구체적인 예를 제공합니다.

ACE의 48V/51.2V 100Ah 및 200Ah 스택형 홈 배터리 팩 다중 모듈 시스템에서 일관된 운영을 지원하는 셀 상태를 지속적으로 모니터링하도록 설계된 스마트 BMS 알고리즘을 통합합니다.

1. 1–5 A 이중 방향 활성 균형

ACE Smart BMS는 1~5 A의 이중 방향 활성 균형을 사용하여 전압이 높은 셀에서 낮은 전압의 셀로 에너지를 동적으로 이동시킵니다. 저항 네트워크를 통해 여분의 에너지를 열로 변환하는 수동 균형과 달리, 활성 균형은 셀 간에 에너지를 재분배합니다.

ACE는 해당되는 스마트 BMS 구성에 대해 에너지 전달 효율이 90% 이상임을 명시합니다. 더 높은 균형 능력은 더 빠른 셀 수정을 지원하고 균형 과정 중 에너지 손실을 줄이기 위해 설계되었습니다.

적용 가능한 ACE BMS 구성에 따라 활성 균형 전략은 충전, 방전 및 정지 상태를 통해 지속적으로 작동할 수 있습니다.

2. SOC 및 ACIR/DCIR을 이용한 지능형 셀 모니터링

균형은 셀 전압만으로 이루어지지 않습니다. ACE Smart BMS 알고리즘은 상태 충전률(SOC) 및 ACIR/DCIR을 포함한 내부 저항 파라미터를 계속해서 추적하며, 기타 배터리 작동 데이터와 함께 제공됩니다.

이로 인해 BMS는 셀 간 차이를 더 철저하게 평가하고, 실제 배터리 상태에 따라 균형을 맞출 수 있습니다.

3. 셀 간 전압 일관성 유지

ACE의 스택형 주거용 배터리 아키텍처를 위한 스마트 BMS는 정의된 운영 조건 하에서 셀 간 전압 차이를 15 mV 이하로 유지하도록 설계되었습니다.

저전압 편차를 낮게 유지하면 다른 셀에 비해 크게 차이 나는 셀이 나머지 셀보다 먼저 전압 보호 한계에 도달할 가능성을 줄일 수 있어, 배터리 팩의 사용 가능한 용량을 제한하는 것을 방지할 수 있습니다.

4. 멀티 모듈 병렬 시스템용으로 설계됨

ACE Smart BMS는 다중 모듈 병렬 스택 가능한 홈 배터리 응용 분야를 위해 설계되었으며, 적용 가능한 아키텍처가 15개 이상의 병렬 단위를 지원합니다.

특정한 병렬 다랙 홈 에너지 저장 구성에서 ACE의 지능형 균형 접근 방식은 최대 8%의 사용 가능한 배터리 용량, 셀 일치, 운영 조건 및 시스템 구성에 따라 다릅니다.

활성 균형, SOC 및 ACIR/DCIR 모니터링, 지능형 BMS 알고리즘은 가정용 배터리 시스템이 확장됨에 따라 셀 일관성을 유지하는 시스템 수준의 접근법을 제공합니다.

활성형과 수동형 BMS 균형 중 어떻게 선택해야 하나요?

올바른 선택은 균형 방법 자체가 아닌 배터리의 적용 분야에 달려 있습니다.

배터리/앱	적절한 접근
작은, 비용 민감한 배터리	수동은 충분할 수 있습니다
정확하게 일치하는 세포와 작은 편차	수동은 충분할 수 있습니다
저주파 수반	수동은 충분할 수 있습니다
48V/51.2V 주거용 ESS	활성 또는 고급 하이브리드 BMS
일일 자전거 하우스 저장	활성화가 더 매력적으로 되었습니다
스택형 배터리 시스템	활성 또는 고급 BMS
더 큰 병렬 구성	활성 또는 고급 BMS

배터리를 평가할 때, 고려해야 할 사항은 셀 품질, 용량, 주기 수, 균형 전류, 열 관리, BMS 모니터링 및 시스템 확장성.

단순히 더 높은 균형 전류만으로는 더 나은 배터리를 보장하지 않습니다. 전체 BMS 아키텍처의 효과성도 동일하게 중요합니다.

결론

수동 균형은 많은 기존 리튬 철 인산염 배터리에 대한 실용적인 해결책을 유지하고 있으며, 활성 균형은 고용량 및 모듈식 시스템에 더 높은 에너지 전달 능력을 제공합니다.

48V/51.2V 스택형 홈 배터리에 대해, 최선의 접근 방법은 균형, 셀 모니터링, SOC 추정, 내부 저항 추적 및 시스템 확장성을 포함하는 전체 BMS 아키텍처를 평가하는 것입니다. ACE Battery의 스마트 BMS는 이러한 기능과 함께 활성 균형을 통합할 수 있음을 보여주며, 고활용 주거 에너지 저장을 지원합니다.