लिथियम बैटरियों में सेल संतुलन का अनुप्रयोग क्या है?

सेल संतुलन

मैं लगभग 12 वर्षों से बैटरी पैक फाड़ने और बीएमएस डिजाइन करने का काम कर रहा हूं। हर बार जब कोई मुझसे पूछता है "संतुलन वास्तव में क्या करता है?", तो मैं उन्हें बस दो तस्वीरें दिखाता हूं: एक 2 {{3} वर्ष {5} पुराना 36 V ई-बाइक पैक है जिसमें कोई संतुलन नहीं है (आधे सेल 1.8 V पर, बाकी 4.18 V पर), दूसरा 100 mA निष्क्रिय बैलेंसर के साथ एक ही बैच है (तीन साल के बाद भी सभी सेल 12 mV के भीतर हैं)। एक तस्वीर में पूरी बात यही है.

वास्तविक पैक्स में, कोशिकाएँ कभी भी समान पैदा नहीं होती हैं। एक ही ट्रे से 100 ब्रांड के नए सैमसंग 50E सेल लें: क्षमता का प्रसार आमतौर पर ±30 एमएएच होता है, सेल्फ{5}डिस्चार्ज दर 2-3 गुना भिन्न हो सकती है, और आंतरिक प्रतिरोध 3-5 mΩ तक भिन्न हो सकता है। 200 चक्रों के बाद कमज़ोर लोग और भी अधिक पिछड़ जाते हैं। संतुलन के बिना, पैक क्षमता चार्ज पर सबसे कमजोर सेल और डिस्चार्ज पर सबसे मजबूत सेल द्वारा निर्धारित होती है। आप अकेले पहले वर्ष में 20-40% प्रयोग करने योग्य क्षमता खो देते हैं।

वास्तव में लोग केवल दो ही तरीकों से उत्पादन में संतुलन बनाते हैं:

1. निष्क्रिय (ब्लीड) संतुलन

20 kWh से कम के 95% पैक इसी का उपयोग करते हैं।
असली चिप्स आप बोर्डों पर देखेंगे:

टीआई BQ769x2 / BQ769x3 / BQ78z100

एनालॉग डिवाइस LTC6804 / LTC6811 / LTC6813

मैक्सिम MAX14920 / MAX14921

एनएक्सपी एमसी33771/एमसी33772

विशिष्ट ब्लीड करंट: 80-150 एमए (यदि आप दो पिनों को समानांतर करते हैं तो बीक्यू76952 220 एमए को धक्का दे सकता है)।
बड़े पैमाने पर उत्पादन में अवरोधक मूल्य: लगभग हमेशा 27 Ω या 33 Ω 2512 1 W पैकेज।
ट्रिगर सेटिंग्स जो मैं वास्तव में उपयोग करता हूं:
सीवी के दौरान पैक औसत से 15-25 एमवी ऊपर रक्तस्राव शुरू करें, जब डेल्टा 6-8 एमवी से नीचे चला जाए तो रुकें।
यदि आप 2 एमवी का पीछा करने का प्रयास करते हैं तो आप बोर्ड को हमेशा के लिए पका देंगे।

गर्मी असली समस्या है. 100 mA ब्लीड वाला 16s स्कूटर पैक सीधे BMS PCB पर 7-8 W डंप कर सकता है। यही कारण है कि वे सस्ते 20$7 डॉलर के ई-बाइक बोर्ड एक गर्मी के बाद धूप में मुड़ने और टूटने लगते हैं।

2. सक्रिय संतुलन

एक बार जब आप ~30 kWh से ऊपर चले जाते हैं तो लगभग हर कोई सक्रिय हो जाता है।

वास्तविक-विश्व उदाहरण जिन्हें मैंने तोड़ दिया है:

टेस्ला मॉडल एस/एक्स (2012-2021): एचवीजेबी पर छोटी डीसी - डीसी ईंटें, ~1 ए प्रति मॉड्यूल

बीएमडब्ल्यू i3 (सभी वर्ष): आगमनात्मक ट्रांसफार्मर मॉड्यूल, 24-से-1 अनुपात, लगभग 2 ए

BYD ब्लेड पैक: Infineon TLF35568 संदर्भ डिजाइन पर आधारित फ्लाइंग कैपेसिटर बोर्ड

चीनी स्थिर भंडारण राक्षस: पृथक डीसी - डीसी मॉड्यूल पूरे 700 वी स्ट्रिंग में 15-20 ए तक चलते हैं

लोग वास्तव में -शेल्फ बोर्ड से हटकर खरीदते हैं:

1-2 हरे रंग का AliExpress फ़्लाइंग - कैपेसिटर बोर्ड (8-16 छोटे रिले वाले)

हेल्टेक / ओरियन बीएमएस जेन4 / आरईसी क्यू / डिलिथियम: 5-8 ए अच्छी कूलिंग के साथ

वास्तविक कारों में ट्रिगर रणनीति

अधिकांश OEM केवल SoC के शीर्ष 10-15% में ही संतुलन बनाते हैं क्योंकि वोल्टेज वक्र 3.45 V (NMC) या 3.40 V (LFP) से बहुत नीचे सपाट होता है।
Tesla waits until >90% SoC और चार्ज के अंतिम 30-60 मिनट तक केवल संतुलन बनाकर चलता है।
मेरे 2017 बीएमडब्ल्यू i3 लॉग से पता चलता है कि इंडक्टिव बैलेंसर केवल तभी जागता है जब डेल्टा> 30 एमवी और पैक करंट <5 ए होता है।

क्या होता है जब आप सस्ते में आउट हो जाते हैं और संतुलन बनाना छोड़ देते हैं

मेरे पास मुख्य भूमि चीन से 2016-2018 कम गति वाले ईवी पैक से भरा एक दराज है, जिसमें ब्लीड रेसिस्टर्स को हटाकर $0.80 की बचत की गई है। 18 महीने के बाद कमजोर कोशिकाएं हर डिस्चार्ज के बाद नकारात्मक हो जाती हैं, तांबा घुल जाता है, डेंड्राइट बढ़ जाते हैं, विभाजक पिघल जाता है, आग लग जाती है। मैंने देखा है कि 14 महीनों में 72 वी 20 एएच पैक गिरकर 8-9 एएच तक उपयोग योग्य हो गए हैं। उन पर $12 का सक्रिय बैलेंसर थपथपाएँ और वे 18-19 आह पर वापस आ जाएँ। सबक कठिन तरीके से सीखा गया।

जमीनी स्तर

15 किलोवाट से कम → निष्क्रिय ठीक है और हमेशा के लिए रहेगा (स्कूटर, बिजली उपकरण, ड्रोन)

400 V+ or >50 kWh → सक्रिय या आप हर साल मॉड्यूल की अदला-बदली करेंगे

आज बिकने वाले प्रत्येक उचित ईवी में संतुलन है। एकमात्र परिवर्तन यह है कि क्या यह 33 Ω अवरोधक है या $300 सक्रिय बोर्ड है।

वह कोशिका संतुलन है। कुछ भी जादुई नहीं. बस एक आलसी भाई द्वारा अच्छी कोशिकाओं को नीचे खींचे जाने से रोका जा रहा है, जिसने तेजी से बूढ़ा होने का फैसला किया है।