Jakie jest zastosowanie równoważenia ogniw w bateriach litowych?

Demontażem akumulatorów i projektowaniem BMS zajmuję się od prawie 12 lat. Za każdym razem, gdy ktoś pyta mnie „do czego dokładnie służy wyważanie?”, pokazuję mu po prostu dwa zdjęcia: jedno przedstawia dwu-letni-zestaw do rowerów elektrycznych 36 V bez wyważania (połowa ogniw przy 1,8 V, reszta przy 4,18 V), druga to ta sama partia z pasywnym balanserem 100 mA (po trzech latach wszystkie ogniwa nadal mieszczą się w granicach 12 mV). To cały sens na jednym zdjęciu.

W prawdziwych stadach komórki nigdy nie rodzą się równe. Weź 100 zupełnie-nowych ogniw Samsung 50E z tej samej tacy: różnica pojemności wynosi zwykle ±30 mAh, współczynnik samo-rozładowania może różnić się 2–3 razy, a rezystancja wewnętrzna może zmieniać się w zakresie 3–5 mΩ. Po 200 cyklach te słabsze pozostają w tyle jeszcze bardziej. Bez równoważenia pojemność pakietu zależy od najsłabszego ogniwa podczas ładowania i najsilniejszego ogniwa po rozładowaniu. Tylko w pierwszym roku tracisz 20–40% mocy użytkowej.

Active Cell Balancing

Istnieją tylko dwa sposoby, w jakie ludzie faktycznie równoważą produkcję:

Z tego właśnie korzysta 95% pakietów poniżej 20 kWh.
Prawdziwe żetony, które zobaczysz na tablicach:

TI BQ769x2 / BQ769x3 / BQ78z100

Urządzenia analogowe LTC6804 / LTC6811 / LTC6813

Maksym MAX14920 / MAX14921

NXP MC33771/MC33772

Typowy prąd upływowy: 80–150 mA (BQ76952 może przesunąć 220 mA, jeśli połączysz równolegle dwa piny).
Wartość rezystora w produkcji masowej: prawie zawsze 27 Ω lub 33 Ω 2512 1 W pakiecie.
Ustawienia wyzwalania, których faktycznie używam:
Rozpocznij krwawienie przy 15–25 mV powyżej średniej pakietu podczas CV i zatrzymaj, gdy delta spadnie poniżej 6–8 mV.
Jeśli spróbujesz gonić za 2 mV, po prostu ugotujesz planszę na zawsze.

Prawdziwym problemem jest ciepło. Zestaw hulajnogi 16s z upustem 100 mA może zrzucić 7–8 W bezpośrednio na płytkę drukowaną BMS. Właśnie dlatego te tanie deski do rowerów elektrycznych za 20- dolarów wypaczają się i pękają po jednym lecie na słońcu.

Gdy przekroczysz ~30 kWh, prawie wszyscy przełączają się na tryb aktywny.

Przykłady-z prawdziwego świata, które opisałem:

Tesla Model S/X (2012–2021): małe cegły DC-DC na HVJB, ~1 A na moduł

BMW i3 (wszystkie roczniki): moduł transformatora indukcyjnego, przełożenie 24 do 1, około 2 A

Zestawy BYD Blade: latające-płytki kondensatorów oparte na projekcie referencyjnym Infineon TLF35568

Chińskie potwory do przechowywania stacjonarnego: izolowane moduły DC-DC przenoszące prąd 15–20 A w całym ciągu 700 V

Deski-z półki-ludzie faktycznie kupują:

1–2 zielone latające-płytki kondensatorów AliExpress (te z 8–16 małymi przekaźnikami)

Heltec / Orion BMS Gen4 / REC Q / Dilithium: 5–8 A z przyzwoitym chłodzeniem

Cell Balancing

Większość producentów OEM balansuje tylko w górnych 10–15% SoC, ponieważ krzywa napięcia jest zbyt płaska poniżej 3,45 V (NMC) lub 3,40 V (LFP).
Tesla waits until >90% SoC i działa równoważąc tylko przez ostatnie 30–60 minut ładowania.
Moje dzienniki BMW i3 z 2017 r. pokazują, że wyważacz indukcyjny budzi się tylko wtedy, gdy delta > 30 mV i prąd pakietu < 5 A.

Mam szufladę pełną zestawów pojazdów elektrycznych o niskiej-prędkości z lat 2016–2018 z Chin kontynentalnych, które pozwoliły zaoszczędzić 0,80 dolara dzięki usunięciu rezystorów upływowych. Po 18 miesiącach słabe komórki stają się ujemne przy każdym wyładowaniu, miedź rozpuszcza się, rosną dendryty, separator topi się, następuje pożar. Widziałem, jak pakiety 72 V 20 Ah spadają do 8–9 Ah, które można wykorzystać w ciągu 14 miesięcy. Załóż na nie aktywny balanser za 12 dolarów, a wrócą do 18–19 Ah. Lekcja wyciągnięta w bolesny sposób.

Poniżej 15 kWh → pasywne jest w porządku i pozostanie na zawsze (skutery, elektronarzędzia, drony)

400 V+ or >50 kWh → aktywne, w przeciwnym razie co roku będziesz wymieniać moduły

Każdy sprzedany dzisiaj właściwy pojazd elektryczny ma funkcję balansowania. Jedyną zmienną jest to, czy jest to rezystor 33 Ω, czy płyta aktywna za 300 dolarów.

To jest równowaga komórek. Nic magicznego. Po prostu powstrzymuję dobre komórki przed wciąganiem w dół przez jednego leniwego brata, który postanowił szybciej się starzeć.

Cell Balancing