Якое прымяненне балансіроўкі элементаў у літыевых батарэях?

Я займаюся разборкай акумулятараў і распрацоўкай BMS амаль 12 гадоў. Кожны раз, калі нехта пытаецца ў мяне: "Што менавіта робіць балансіроўка?", я проста паказваю ім два фотаздымкі: адзін - гэта 2-гадовая-зборка электрычных ровараў на 36 В без балансіроўкі (палова элементаў на 1,8 В, астатнія на 4,18 В), другі - тая ж партыя з пасіўным балансірам на 100 мА (усе элементы ўсё яшчэ знаходзяцца ў межах 12 мВ праз тры гады). Вось і ўвесь сэнс у адной карціне.

У сапраўдных зграях клеткі ніколі не нараджаюцца роўнымі. Вазьміце 100 цалкам-новых ячэек Samsung 50E з таго ж латка: роскід ёмістасці звычайна складае ±30 мАг, хуткасць сама-разраду можа адрознівацца ў 2–3 разы, а ўнутранае супраціўленне можа адрознівацца ў межах 3–5 мОм. Пасля 200 цыклаў слабыя адстаюць яшчэ больш. Без балансіроўкі ёмістасць пакета вызначаецца самай слабой ячэйкай пры зарадзе і самай моцнай ячэйкай пры разрадзе. Толькі за першы год вы губляеце 20–40 % карыснай магутнасці.

Active Cell Balancing

Ёсць толькі два спосабы, як людзі сапраўды балансуюць у вытворчасці:

Гэта тое, што выкарыстоўваюць 95% пакетаў менш за 20 кВт.гадз.
Сапраўдныя фішкі, якія вы ўбачыце на дошках:

TI BQ769x2 / BQ769x3 / BQ78z100

Analog Devices LTC6804 / LTC6811 / LTC6813

Максім MAX14920 / MAX14921

NXP MC33771 / MC33772

Тыповы ток сцёку: 80–150 мА (BQ76952 можа націснуць 220 мА, калі паралельна злучыць два кантакты).
Значэнне рэзістара ў серыйнай вытворчасці: амаль заўсёды 27 Ом або 33 Ом 2512 1 Вт у камплекце.
Налады трыгера, якія я фактычна выкарыстоўваю:
Пачніце крывацёк на 15-25 мВ вышэй сярэдняга па ўпакоўцы падчас CV, спыніце, калі дэльта апусціцца ніжэй за 6-8 мВ.
Калі вы паспрабуеце пагнацца за 2 мВ, вы проста зварыце дошку назаўжды.

Цяпло - сапраўдная праблема. Скутэрны пакет 16s з крывацёкам 100 мА можа перадаць 7–8 Вт прама на друкаваную плату BMS. Вось чаму гэтыя танныя 20-даляравыя дошкі для электронных ровараў дэфармуюцца і трэскаюцца пасля аднаго лета на сонцы.

Як толькі вы перавысіце ~30 кВт/гадз, амаль усе пераключаюцца на актыўны рэжым.

Рэальныя-прыклады, якія я сабраў:

Tesla Model S/X (2012–2021): невялікія блокі пастаяннага току -DC на HVJB, ~1 А на модуль

BMW i3 (усе гады): модуль індуктыўнага трансфарматара, суадносіны 24 да 1, каля 2 А

Пакеты BYD Blade: платы-лятаючага кандэнсатара на аснове эталоннага дызайну Infineon TLF35568

Кітайскія стацыянарныя назапашвальнікі: ізаляваныя модулі пастаяннага току-пастаяннага току, якія рухаюцца 15–20 А па ўсёй ланцугу 700 В

Дошкі--з паліц, якія людзі купляюць:

1–2 зялёныя платы лятаючых-кандэнсатараў AliExpress (з 8–16 маленькімі рэле)

Heltec / Orion BMS Gen4 / REC Q / Dilithium: 5–8 A з прыстойным астуджэннем

Cell Balancing

Большасць OEM-вытворцаў балансуюць толькі ў верхніх 10–15 % SoC, таму што крывая напружання занадта плоская ніжэй за 3,45 В (NMC) або 3,40 В (LFP).
Tesla waits until >90% SoC і балансуе толькі на працягу апошніх 30–60 хвілін зарада.
Мае журналы BMW i3 2017 года паказваюць, што індуктыўны балансір прачынаецца, толькі калі дэльта > 30 мВ і ток пакета < 5 А.

У мяне ёсць шуфляда, поўная нізкахуткасных-пакетаў EV 2016–2018 гадоў з мацерыковага Кітая, якія зэканомілі 0,80 даляра, выдаліўшы рэзістары крывацёку. Пасля 18 месяцаў слабыя клеткі становяцца адмоўнымі пры кожным разрадзе, медзь раствараецца, дендрыты растуць, сепаратар плавіцца, узгараецца. Я назіраў, як батарэі з 72 В 20 Аг за 14 месяцаў знізіліся да 8–9 Аг. Усталюйце на іх актыўны балансір коштам 12 долараў, і яны вернуцца да 18–19 Аг. Урок, засвоены цяжкім шляхам.

Менш за 15 кВт.гадз → пасіўны - гэта добра і застанецца назаўсёды (скутэры, электраінструменты, дроны)

400 V+ or >50 кВт/гадз → актыўны, інакш вы будзеце штогод мяняць модулі

Кожны правільны EV, які прадаецца сёння, мае балансіроўку. Адзіная зменная - гэта рэзістар 33 Ом або актыўная плата коштам 300 долараў.

Гэта балансаванне клетак. Нічога магічнага. Проста не дапусцім, каб добрыя клеткі былі зацягнуты адзіным лянівым братам, які вырашыў пастарэць хутчэй.

Cell Balancing