Ano ang aplikasyon ng pagbabalanse ng cell sa mga baterya ng lithium?

Halos 12 taon na akong gumagawa ng battery pack teardown at BMS design. Sa tuwing may magtatanong sa akin ng "ano ba talaga ang ginagawa ng pagbabalanse?", ipinapakita ko lang sa kanila ang dalawang larawan: ang isa ay isang 2-taong-old 36 V e-bike pack na walang pagbabalanse (kalahati ng mga cell sa 1.8 V, ang natitira sa 4.18 V), ang isa ay ang parehong batch na may 100 mA na mga cell na passive balancer pa rin sa loob ng tatlong taon (lahat ng mga cell sa loob ng tatlong taon). Iyan ang buong punto sa isang larawan.

Sa totoong mga pakete, ang mga cell ay hindi kailanman ipinanganak na pantay. Kumuha ng 100 brand-bagong Samsung 50E cell mula sa parehong tray: ang capacity spread ay karaniwang ±30 mAh, self-discharge rate ay maaaring mag-iba ng 2–3 beses, at internal resistance ay maaaring mag-iba ng 3–5 mΩ. Pagkatapos ng 200 cycle, mas nahuhuli ang mga mahihina. Nang walang pagbabalanse, ang kapasidad ng pack ay idinidikta ng pinakamahinang cell sa pagsingil at ang pinakamalakas na cell sa paglabas. Nawawalan ka ng 20–40 % na magagamit na kapasidad sa unang taon lamang.

Active Cell Balancing

Dalawa lang ang paraan ng pagbalanse ng mga tao sa produksyon:

Ito ang ginagamit ng 95% ng mga pack na wala pang 20 kWh.
Mga totoong chip na makikita mo sa mga board:

TI BQ769x2 / BQ769x3 / BQ78z100

Mga Analog na Device LTC6804 / LTC6811 / LTC6813

Maxim MAX14920 / MAX14921

NXP MC33771 / MC33772

Karaniwang bleed current: 80–150 mA (Maaaring itulak ng BQ76952 ang 220 mA kung magkaparehas ka ng dalawang pin).
Halaga ng resistor sa mass production: halos palaging 27 Ω o 33 Ω 2512 1 W na pakete.
Mga setting ng pag-trigger na aktwal kong ginagamit:
Simulan ang pagdurugo sa 15–25 mV sa itaas ng pack average sa panahon ng CV, huminto kapag bumaba ang delta sa ibaba 6–8 mV.
Kung susubukan mong habulin ang 2 mV ay lutuin mo na lang ang board magpakailanman.

Ang init ang tunay na problema. Ang isang 16s scooter pack na may 100 mA bleed ay maaaring magtapon ng 7–8 W diretso sa BMS PCB. Iyon ang dahilan kung bakit ang murang 20-dollar na e-bike board na iyon ay pumutok at pumutok pagkatapos ng isang tag-araw sa araw.

Sa sandaling tumaas ka sa ~30 kWh halos lahat ay lumipat sa aktibo.

Mga totoong-halimbawa sa mundo na winasak ko:

Tesla Model S/X (2012–2021): maliliit na DC-DC brick sa HVJB, ~1 A bawat module

BMW i3 (lahat ng taon): inductive transformer module, 24-to-1 ratio, mga 2 A

BYD Blade pack: lumilipad-mga capacitor board batay sa Infineon TLF35568 reference na disenyo

Mga Chinese stationary storage monster: nakahiwalay na DC-DC modules na gumagalaw 15–20 A sa buong 700 V string

Off-sa-mga shelf board na talagang binibili ng mga tao:

1–2 Isang berdeng AliExpress na lumilipad-mga capacitor board (ang may 8–16 na maliliit na relay)

Heltec / Orion BMS Gen4 / REC Q / Dilithium: 5–8 A na may disenteng paglamig

Cell Balancing

Karamihan sa mga OEM ay nagbabalanse lamang sa pinakamataas na 10–15 % ng SoC dahil ang curve ng boltahe ay masyadong flat sa ibaba 3.45 V (NMC) o 3.40 V (LFP).
Tesla waits until >90 % SoC at nagpapatakbo lamang ng pagbabalanse para sa huling 30–60 min ng pagsingil.
Ang aking 2017 BMW i3 log ay nagpapakita na ang inductive balancer ay nagigising lamang kapag ang delta ay > 30 mV at naka-pack na kasalukuyang < 5 A.

Mayroon akong drawer na puno ng 2016–2018 low-speed EV pack mula sa mainland China na nakatipid ng $0.80 sa pamamagitan ng pagtanggal sa mga bleed resistor. Pagkatapos ng 18 buwan, ang mga mahihinang selula ay nagiging negatibo sa bawat paglabas, natutunaw ang tanso, lumalaki ang mga dendrite, natutunaw ang separator, nasusunog. Napanood ko ang 72 V 20 Ah pack na bumaba sa 8–9 Ah magagamit sa loob ng 14 na buwan. Magsampal ng $12 na aktibong balancer sa kanila at babalik sila sa 18–19 Ah. Natutunan ang aral sa mahirap na paraan.

Mas mababa sa 15 kWh → passive ay maayos at mananatili magpakailanman (scooter, power tools, drones)

400 V+ or >50 kWh → aktibo o magpapalit ka ng mga module bawat taon

Ang bawat solong tamang EV na ibinebenta ngayon ay may pagbabalanse. Ang tanging variable ay kung ito ay isang 33 Ω risistor o isang $300 na aktibong board.

Cell balancing yan. Walang mahiwagang. Pinipigilan lang ang magagandang selda sa pagkaladkad pababa ng isang tamad na kapatid na nagpasyang tumanda nang mas mabilis.

Cell Balancing