Cal é a aplicación do equilibrio celular nas baterías de litio?

Levo case 12 anos facendo a desmontaxe da batería e o deseño de BMS. Cada vez que alguén me pregunta "para que serve exactamente o equilibrio?", só lles enseño dúas fotos: unha é unha bicicleta eléctrica de 2-anos-de 36 V sen equilibrio (a metade das celas a 1,8 V, o resto a 4,18 V), a outra é o mesmo lote cunha equilibradora pasiva de 100 mA despois de tres anos (todas as celas de 12 mA). Ese é todo o punto nunha imaxe.

Nos paquetes reais, as células nunca nacen iguais. Colle 100-células Samsung 50E novas da mesma bandexa: a capacidade espallada adoita ser de ±30 mAh, a velocidade de auto-descarga pode diferir de 2 a 3 veces e a resistencia interna pode variar de 3 a 5 mΩ. Despois de 200 ciclos os débiles quedan aínda máis atrás. Sen equilibrar, a capacidade do paquete está ditada pola célula máis débil en carga e a célula máis forte na descarga. Só o primeiro ano perde un 20-40 % da capacidade útil.

Active Cell Balancing

Só hai dúas formas en que a xente se equilibra na produción:

Isto é o que usa o 95 % dos paquetes de menos de 20 kWh.
Fichas reais que verás nos taboleiros:

TI BQ769x2 / BQ769x3 / BQ78z100

Analog Devices LTC6804 / LTC6811 / LTC6813

Máximo MAX14920 / MAX14921

NXP MC33771/MC33772

Corrente de purga típica: 80–150 mA (BQ76952 pode empuxar 220 mA se conectas dous pinos en paralelo).
Valor da resistencia na produción en masa: case sempre paquete de 27 Ω ou 33 Ω 2512 1 W.
Configuración de activación que realmente uso:
Comeza a sangrar a 15-25 mV por encima da media do paquete durante o CV, deténgase cando o delta baixe de 6-8 mV.
Se intentas perseguir 2 mV, cociñarás o taboleiro para sempre.

A calor é o verdadeiro problema. Un paquete de scooters de 16 segundos con sangrado de 100 mA pode verter entre 7 e 8 W directamente na PCB do BMS. É por iso que esas táboas de bicicletas eléctricas baratas de 20-dólares se deforman e rachan despois dun verán baixo o sol.

Unha vez que supera os ~30 kWh, case todos cambian a activo.

Exemplos reais-que derrubei:

Tesla Model S/X (2012–2021): pequenos ladrillos DC-DC no HVJB, ~1 A por módulo

BMW i3 (todos os anos): módulo transformador indutivo, relación 24 a 1, aproximadamente 2 A

Paquetes BYD Blade: placas de-condensadores voadores baseadas no deseño de referencia Infineon TLF35568

Monstros de almacenamento estacionarios chineses: módulos DC-DC illados que se moven de 15 a 20 A por toda a cadea de 700 V

Os-taboleiros-compra a xente realmente:

1–2 placas de capacitores-voantes AliExpress verdes (as con 8–16 pequenos relés)

Heltec / Orion BMS Gen4 / REC Q / Dilithium: 5–8 A con arrefriamento decente

Cell Balancing

A maioría dos OEM só se equilibran no 10-15 % superior do SoC porque a curva de tensión é demasiado plana por debaixo de 3,45 V (NMC) ou 3,40 V (LFP).
Tesla waits until >SoC do 90 % e só funciona equilibrando os últimos 30-60 minutos de carga.
Os meus rexistros de BMW i3 de 2017 mostran que o equilibrador inductivo só se esperta cando o delta é > 30 mV e a corrente do paquete < 5 A.

Teño un caixón cheo de paquetes de vehículos eléctricos de baixa-velocidade 2016-2018 procedentes da China continental que aforraron 0,80 USD ao eliminar as resistencias de purga. Despois de 18 meses, as células débiles son negativas en cada descarga, o cobre disólvese, as dendritas crecen, o separador derrete, o lume. Vin paquetes de 72 V 20 Ah caer a 8–9 Ah utilizables en 14 meses. Dálles un balance activo de $ 12 e volven a 18–19 Ah. Lección aprendida do xeito difícil.

Menos de 15 kWh → o pasivo está ben e permanecerá para sempre (scooters, ferramentas eléctricas, drons)

400 V+ or >50 kWh → activo ou intercambiarás módulos cada ano

Todos os vehículos eléctricos vendidos hoxe teñen equilibrio. A única variable é se se trata dunha resistencia de 33 Ω ou dunha placa activa de 300 dólares.

Iso é o equilibrio celular. Nada máxico. Só impedir que as boas células sexan arrastradas polo único irmán preguiceiro que decidiu envellecer máis rápido.

Cell Balancing