Beth yw cymhwyso cydbwyso celloedd mewn batris lithiwm?

Rydw i wedi bod yn gwneud pecyn batri teardown a dylunio BMS ers bron i 12 mlynedd. Bob tro mae rhywun yn gofyn i mi "beth yn union mae cydbwyso yn ei wneud?", dwi'n dangos dau lun iddyn nhw: mae un yn becyn e-feic 2-flwyddyn-hen 36 V heb unrhyw gydbwyso (hanner y celloedd yn 1.8 V, y gweddill yn 4.18 V), mae'r llall yr un swp gyda chelloedd 100 mA ar ôl 100 mA goddefol o fewn tair blynedd dal (goddefol) o fewn tair blynedd. Dyna'r holl bwynt mewn un llun.

Mewn pecynnau go iawn, nid yw celloedd byth yn cael eu geni'n gyfartal. Cymerwch 100 o gelloedd Samsung 50E newydd sbon o'r un hambwrdd: mae'r lledaeniad cynhwysedd fel arfer yn ±30 mAh, gall cyfradd hunan-ollwng amrywio 2-3 gwaith, a gall gwrthiant mewnol amrywio 3-5 mΩ. Ar ôl 200 o gylchoedd mae'r rhai gwan ar ei hôl hi hyd yn oed yn fwy. Heb gydbwyso, mae cynhwysedd y pecyn yn cael ei bennu gan y gell wannaf ar wefr a'r gell gryfaf wrth ryddhau. Rydych yn colli 20-40% o gapasiti defnyddiadwy yn y flwyddyn gyntaf yn unig.

Active Cell Balancing

Dim ond dwy ffordd y mae pobl mewn gwirionedd yn cydbwyso mewn cynhyrchu:

Dyma beth mae 95% o becynnau o dan 20 kWh yn ei ddefnyddio.
Sglodion go iawn a welwch ar fyrddau:

TI BQ769x2 / BQ769x3 / BQ78z100

Dyfeisiau Analog LTC6804/LTC6811/LTC6813

Uchafswm MAX14920/MAX14921

NXP MC33771 / MC33772

Cerrynt gwaedu nodweddiadol: 80-150 mA (gall BQ76952 wthio 220 mA os ydych yn gyfochrog â dau bin).
Gwerth gwrthydd mewn cynhyrchiad màs: bron bob amser 27 Ω neu 33 Ω 2512 1 pecyn W.
Gosodiadau sbardun rydw i'n eu defnyddio mewn gwirionedd:
Dechreuwch waedu ar 15-25 mV uwchlaw cyfartaledd y pecyn yn ystod CV, stopiwch pan fydd y delta yn disgyn o dan 6-8 mV.
Os ceisiwch fynd ar ôl 2 mV byddwch yn coginio'r bwrdd am byth.

Gwres yw'r broblem wirioneddol. Gall pecyn sgwter 16s gyda gwaed 100 mA ollwng 7–8 W yn syth i'r PCB BMS. Dyna pam mae'r byrddau e-feic 20 doler rhad hynny yn ystofio ac yn cracio ar ôl un haf yn yr haul.

Unwaith y byddwch chi'n mynd dros ~30 kWh mae bron pawb yn newid i actif.

Enghreifftiau o'r byd go iawn rydw i wedi'u rhwygo i lawr:

Model Tesla S/X (2012–2021): brics DC bach-DC ar yr HVJB, ~1 A fesul modiwl

BMW i3 (pob blwyddyn): modiwl trawsnewidydd anwythol, cymhareb 24-i-1, tua 2 A

Pecynnau BYD Blade: -byrddau cynhwysydd sy'n hedfan yn seiliedig ar ddyluniad cyfeirnod Infineon TLF35568

Angenfilod storio llonydd Tsieineaidd: modiwlau DC ynysig-DC yn symud 15–20 A ar draws y llinyn 700 V cyfan

Oddi ar{0}y-fyrddau silff y mae pobl yn eu prynu mewn gwirionedd:

1–2 AliExpress gwyrdd yn hedfan-byrddau cynhwysydd (y rhai sydd â 8–16 ychydig o rasys cyfnewid)

Heltec / Orion BMS Gen4 / REC Q / Dilithium: 5–8 A gydag oeri gweddus

Cell Balancing

Dim ond yn y 10-15% uchaf o SoC y mae'r rhan fwyaf o OEMs yn cydbwyso oherwydd bod y gromlin foltedd yn rhy wastad o dan 3.45 V (NMC) neu 3.40 V (LFP).
Tesla waits until >90 % SoC a dim ond yn rhedeg balans am y 30-60 munud olaf o dâl.
Mae fy nghofnodion BMW i3 2017 yn dangos bod y balans anwythol ond yn deffro pan fydd delta > 30 mV a cherrynt pecyn <5 A.

Mae gen i drôr yn llawn o becynnau EV cyflymder isel 2016-2018 o dir mawr Tsieina a arbedodd $0.80 trwy ddileu'r gwrthyddion gwaedu. Ar ôl 18 mis mae'r celloedd gwan yn mynd yn negyddol bob gollyngiad, mae copr yn hydoddi, mae dendrites yn tyfu, gwahanydd yn toddi, tân. Rwyf wedi gwylio pecynnau 72 V 20 Ah yn gostwng i 8–9 Ah y gellir eu defnyddio mewn 14 mis. Slap balans gweithredol $12 arnyn nhw ac maen nhw'n dod yn ôl i 18-19 Ah. Gwers a ddysgwyd y ffordd galed.

O dan 15 kWh → mae goddefol yn iawn a bydd yn aros am byth (sgwteri, offer pŵer, dronau)

400 V+ or >50 kWh → gweithredol neu byddwch yn cyfnewid modiwlau bob blwyddyn

Mae gan bob EV iawn a werthir heddiw gydbwyso. Yr unig newidyn yw a yw'n wrthydd 33 Ω neu'n fwrdd gweithredol $300.

Dyna gydbwyso celloedd. Dim byd hudol. Dim ond atal y celloedd da rhag cael eu llusgo i lawr gan yr un brawd diog a benderfynodd heneiddio'n gyflymach.

Cell Balancing