ما هو تطبيق موازنة الخلايا في بطاريات الليثيوم؟

لقد كنت أقوم بتفكيك حزم البطاريات وتصميم BMS منذ ما يقرب من 12 عامًا. في كل مرة يسألني شخص ما "ما الذي تفعله عملية الموازنة بالضبط؟"، أعرض له صورتين فقط: إحداهما عبارة عن حزمة دراجة إلكترونية عمرها عامين-عامان- بدون موازنة (نصف الخلايا عند 1.8 فولت، والباقي عند 4.18 فولت)، والأخرى هي نفس الدفعة مع موازن سلبي 100 مللي أمبير (جميع الخلايا لا تزال ضمن 12 مللي فولت بعد ثلاث سنوات). هذا هو بيت القصيد في صورة واحدة.

في العبوات الحقيقية، لا تولد الخلايا متساوية أبدًا. خذ 100 خلية- جديدة من خلايا Samsung 50E من نفس الدرج: يبلغ انتشار السعة عادةً ±30 مللي أمبير في الساعة، ويمكن أن يختلف معدل التفريغ الذاتي- بمقدار 2-3 مرات، ويمكن أن تختلف المقاومة الداخلية بمقدار 3-5 مللي أوم. بعد 200 دورة، يتخلف الضعفاء أكثر. بدون التوازن، يتم تحديد سعة العبوة بواسطة أضعف خلية في الشحن وأقوى خلية في التفريغ. تفقد 20-40% من القدرة القابلة للاستخدام في السنة الأولى وحدها.

Active Cell Balancing

هناك طريقتان فقط لتحقيق التوازن الفعلي بين الناس في الإنتاج:

هذا ما تستخدمه 95% من العبوات التي تقل طاقتها عن 20 كيلووات في الساعة.
الرقائق الحقيقية التي ستراها على اللوحات:

تي آي BQ769x2 / BQ769x3 / BQ78z100

الأجهزة التناظرية LTC6804 / LTC6811 / LTC6813

مكسيم MAX14920 / MAX14921

نكسب MC33771 / MC33772

تيار النزيف النموذجي: 80-150 مللي أمبير (يمكن لـ BQ76952 دفع 220 مللي أمبير إذا قمت بالتوازي مع دبوسين).
قيمة المقاوم في الإنتاج الضخم: دائمًا تقريبًا 27 أوم أو 33 أوم 2512 1 W.
إعدادات المشغل التي أستخدمها بالفعل:
ابدأ النزيف عند 15-25 مللي فولت أعلى من متوسط العبوة أثناء السيرة الذاتية، توقف عندما تنخفض الدلتا إلى أقل من 6-8 مللي فولت.
إذا حاولت مطاردة 2 مللي فولت فسوف تطبخ اللوحة إلى الأبد.

الحرارة هي المشكلة الحقيقية. يمكن لحزمة السكوتر ذات 16 ثانية مع نزيف 100 مللي أمبير تفريغ 7-8 واط مباشرة على BMS PCB. ولهذا السبب، تتشوه ألواح الدراجات الإلكترونية الرخيصة التي تبلغ قيمتها 20-دولارًا وتتشقق بعد قضاء صيف واحد في الشمس.

بمجرد أن تتجاوز ~ 30 كيلووات في الساعة، يتحول الجميع تقريبًا إلى الوضع النشط.

أمثلة من العالم الحقيقي-لقد قمت بتمزيقها:

Tesla Model S/X (2012–2021): قوالب DC صغيرة -DC على HVJB، ~1 أمبير لكل وحدة

BMW i3 (جميع السنوات): وحدة المحولات الحثية، نسبة 24 إلى 1، حوالي 2 أمبير

مجموعات BYD Blade: لوحات مكثفات طائرة- تعتمد على التصميم المرجعي لـ Infineon TLF35568

وحدات التخزين الثابتة الصينية: وحدات التيار المستمر- المعزولة التي تتحرك بمقدار 15–20 أمبير عبر سلسلة 700 فولت بأكملها

اللوحات الجاهزة-المتاحة-التي يشتريها الأشخاص فعليًا:

1–2 لوحات مكثفات طيران خضراء من AliExpress - (تلك التي تحتوي على 8–16 مرحلات صغيرة)

Heltec / Orion BMS Gen4 / REC Q / ديليثيوم: 5-8 أ مع تبريد لائق

Cell Balancing

معظم مصنعي المعدات الأصلية يتوازنون فقط في أعلى 10-15٪ من شركة نفط الجنوب لأن منحنى الجهد مسطح جدًا أقل من 3.45 فولت (NMC) أو 3.40 فولت (LFP).
Tesla waits until >90% SoC ويعمل فقط على موازنة آخر 30-60 دقيقة من الشحن.
تُظهر سجلات BMW i3 لعام 2017 أن الموازن الحثي لا يستيقظ إلا عندما تكون قيمة دلتا أكبر من 30 مللي فولت وحزمة تيار أقل من 5 أمبير.

لدي درج مليء بحزم المركبات الكهربائية ذات السرعة المنخفضة{2}}من عام 2016 إلى عام 2018 من بر الصين الرئيسي والتي وفرت 0.80 دولارًا أمريكيًا عن طريق حذف مقاومات التسييل. بعد 18 شهرًا، تصبح الخلايا الضعيفة سلبية عند كل تفريغ، ويذوب النحاس، وتنمو التشعبات، ويذوب الفاصل، ويشتعل. لقد شاهدت عبوات 72 فولت 20 أمبير تنخفض إلى 8-9 أمبير قابلة للاستخدام خلال 14 شهرًا. ضع عليهم موازنًا نشطًا بقيمة 12 دولارًا وسيعودون إلى 18-19 آه. تعلمنا الدرس بالطريقة الصعبة.

أقل من 15 كيلووات في الساعة → السلبي جيد وسيبقى إلى الأبد (الدراجات البخارية والأدوات الكهربائية والطائرات بدون طيار)

400 V+ or >50 كيلووات في الساعة → نشط أو ستقوم بتبديل الوحدات كل عام

كل سيارة كهربائية مناسبة يتم بيعها اليوم تتمتع بالتوازن. المتغير الوحيد هو ما إذا كانت مقاومة 33 أوم أو لوحة نشطة بقيمة 300 دولار.

هذا هو موازنة الخلايا. لا شيء سحري. فقط أوقف الخلايا الجيدة من أن يتم سحبها للأسفل من قبل الأخ الكسول الذي قرر أن يتقدم في السن بشكل أسرع.

Cell Balancing