რა არის უჯრედის დაბალანსების გამოყენება ლითიუმის ბატარეებში?

თითქმის 12 წელია ვაკეთებ ბატარეის შეფუთვას და BMS დიზაინს. ყოველთვის, როცა ვინმე მეკითხება "რას აკეთებს კონკრეტულად დაბალანსება?", მე უბრალოდ ვუჩვენებ მათ ორ ფოტოს: ერთი არის 2-წლის-36 ვოლტიანი ელექტრო ველოსიპედის ნაკრები დაბალანსების გარეშე (უჯრედების ნახევარი 1.8 ვ-ზე, დანარჩენი 4.18 ვ-ზე), მეორე არის იგივე პარტია 100 mA პასიური ბალანსის შემდეგ სამი წლის განმავლობაში (ყველა პასიური ბალანსი 1 წლის შემდეგ). ეს არის მთელი აზრი ერთ სურათში.

რეალურ პაკეტებში უჯრედები არასოდეს იბადებიან თანაბარი. აიღეთ 100 ბრენდის-ახალი Samsung 50E უჯრედი იმავე უჯრიდან: სიმძლავრის გავრცელება ჩვეულებრივ არის ±30 mAh, თვით-გამონადენის სიჩქარე შეიძლება განსხვავდებოდეს 2–3–ჯერ და შიდა წინააღმდეგობა შეიძლება განსხვავდებოდეს 3–5 mΩ. 200 ციკლის შემდეგ სუსტები კიდევ უფრო ჩამორჩებიან. დაბალანსების გარეშე, პაკეტის ტევადობა ნაკარნახევია ყველაზე სუსტი უჯრედის დატენვისას და ყველაზე ძლიერი უჯრედის მიერ გამონადენის დროს. თქვენ კარგავთ 20-40% გამოსაყენებელ სიმძლავრეს მხოლოდ პირველ წელს.

Active Cell Balancing

არსებობს მხოლოდ ორი გზა, რომლითაც ადამიანები რეალურად აწონასწორებენ წარმოებას:

სწორედ ამას იყენებს 20 კვტ/სთ-მდე შეფუთვის 95%.
ნამდვილი ჩიპები, რომლებსაც დაფებზე ნახავთ:

TI BQ769x2 / BQ769x3 / BQ78z100

ანალოგური მოწყობილობები LTC6804 / LTC6811 / LTC6813

მაქსიმ MAX14920 / MAX14921

NXP MC33771 / MC33772

ტიპიური სისხლდენის დენი: 80–150 mA (BQ76952-ს შეუძლია 220 mA-ს დაძაბვა, თუ პარალელურად ატარებთ ორ პინს).
რეზისტორის ღირებულება მასობრივ წარმოებაში: თითქმის ყოველთვის 27 Ω ან 33 Ω 2512 1 W პაკეტი.
ტრიგერის პარამეტრები, რომელსაც მე რეალურად ვიყენებ:
დაიწყეთ სისხლდენა 15-25 მვ-ით ბალიშის საშუალოზე ზემოთ CV-ის დროს, შეწყვიტეთ, როდესაც დელტა დაეცემა 6-8 მვ-ზე დაბლა.
თუ თქვენ ცდილობთ ადევნოთ 2 mV, თქვენ უბრალოდ მოამზადებთ დაფას სამუდამოდ.

სიცხე არის ნამდვილი პრობლემა. 16s სკუტერების პაკეტს 100 mA სისხლდენით შეუძლია 7–8 W გადაყაროს პირდაპირ BMS PCB-ზე. ამიტომ ის იაფი 20-დოლარიანი ელექტრონული ველოსიპედის დაფები ერთი ზაფხულის შემდეგ მზეზე ირგვება და ჭკნება.

~30 კვტ/სთ-ზე გადასვლის შემდეგ თითქმის ყველა გადადის აქტიურზე.

რეალური-მსოფლიო მაგალითები, რომლებიც მე გავანადგურე:

Tesla Model S/X (2012–2021): პატარა DC-DC კუბიკები HVJB-ზე, ~1 A თითო მოდულზე

BMW i3 (ყველა წელი): ინდუქციური ტრანსფორმატორის მოდული, 24-დან 1-ის თანაფარდობა, დაახლოებით 2 A

BYD Blade პაკეტები: მფრინავი-კონდენსატორის დაფები, რომელიც დაფუძნებულია Infineon TLF35568 საცნობარო დიზაინზე

ჩინური სტაციონარული შენახვის მონსტრები: იზოლირებული DC-DC მოდულები, რომლებიც მოძრაობენ 15–20 A სიჩქარით მთელ 700 V სიმძლავრეზე

თაროდან-დაფებს ხალხი რეალურად ყიდულობს:

1–2 მწვანე AliExpress მფრინავი-კონდენსატორის დაფა (8–16 პატარა რელეთ)

Heltec / Orion BMS Gen4 / REC Q / დილითიუმი: 5–8 A ღირსეული გაგრილებით

Cell Balancing

OEM-ების უმეტესობა აბალანსებს მხოლოდ SoC-ის ზედა 10-15%-ში, რადგან ძაბვის მრუდი ძალიან ბრტყელია 3.45 V (NMC) ან 3.40 V (LFP) ქვემოთ.
Tesla waits until >90% SoC და მუშაობს მხოლოდ დაბალანსებით ბოლო 30-60 წუთის განმავლობაში.
ჩემი 2017 წლის BMW i3 ჟურნალები აჩვენებს, რომ ინდუქციური ბალანსერი იღვიძებს მხოლოდ მაშინ, როდესაც დელტა > 30 mV და შეფუთული დენი < 5 A.

მე მაქვს სავსე უჯრა 2016–2018 წლების დაბალი-სიჩქარიანი ელექტრომობილების პაკეტებით კონტინენტური ჩინეთიდან, რომელმაც დაზოგა $0,80 სისხლდენის რეზისტორების წაშლით. 18 თვის შემდეგ სუსტი უჯრედები ყოველ გამონადენზე უარყოფითად მიდის, სპილენძი იხსნება, დენდრიტები იზრდებიან, გამყოფი დნება, ცეცხლდება. მე ვუყურე 72 V 20 Ah პაკეტების ვარდნას 8–9 Ah-მდე, გამოსაყენებელია 14 თვეში. დაარტყით მათ $12-იანი აქტიური ბალანსერი და ისინი დაბრუნდებიან 18-19 Ah-ზე. გაკვეთილი ძნელად ისწავლა.

15 კვტ/სთ-ზე ნაკლები → პასიური კარგია და სამუდამოდ დარჩება (სკუტერები, ელექტრო ხელსაწყოები, დრონები)

400 V+ or >50 კვტ/სთ → აქტიური ან ყოველწლიურად შეცვლით მოდულებს

დღეს გაყიდული ყველა სათანადო EV-ს აქვს დაბალანსება. ერთადერთი ცვლადი არის ეს 33 Ω რეზისტორი თუ 300$-იანი აქტიური დაფა.

ეს არის უჯრედების დაბალანსება. არაფერი ჯადოსნური. უბრალოდ შეაჩერა კარგი უჯრედები ერთი ზარმაცი ძმის მიერ, რომელმაც გადაწყვიტა უფრო სწრაფად დაბერება.

Cell Balancing