Tại sao Cân bằng Tế bào Thích hợp là Cần thiết trong Bộ Pin Bài bình luận do Anton Beck, Giám đốc Sản phẩm Pin, Epec đóng góp

Khi một bộ pin lithium được thiết kế sử dụng nhiều ô nối tiếp, điều rất quan trọng là phải thiết kế các tính năng điện tử để liên tục cân bằng điện áp của các ô.Điều này không chỉ cho hiệu suất của bộ pin mà còn cho vòng đời tối ưu.

Việc sử dụng cân bằng tế bào cho phép chúng tôi thiết kế pin có dung lượng lớn hơn cho một ứng dụng vì cân bằng cho phép pin đạt được trạng thái sạc (SOC) cao hơn.Nhiều công ty chọn không sử dụng cân bằng tế bào khi bắt đầu thiết kế để giảm chi phí nhưng nếu không đầu tư vào phần cứng và phần mềm cân bằng tế bào, thiết kế không cho phép SOC đạt tới 100%.

Mất cân bằng tế bào là gì?
Nếu các tế bào lithium bị quá nóng hoặc sạc quá mức, chúng sẽ dễ bị thoái hóa tế bào nhanh hơn.Chúng có thể bắt lửa hoặc thậm chí phát nổ do tình trạng thoát nhiệt có thể xảy ra nếu điện áp của pin lithium ion vượt quá 4,2 V thậm chí vài trăm millivolt.

 

Mỗi gói mà chúng tôi thiết kế và sản xuất tại Epec đều có mạch bảo vệ quá áp (thậm chí đôi khi là mạch dự phòng) đi cùng với cân bằng tế bào tiêu chuẩn sẽ ngăn sự cố như vậy xảy ra.Trong bộ pin nhiều ô, thường được sử dụng trong máy tính xách tay và thiết bị y tế, việc đặt các ô nối tiếp sẽ tạo ra khả năng mất cân bằng ô, khiến pin xuống cấp chậm hơn nhưng liên tục.

Cân bằng tế bào là gì?
Cân bằng tế bào là quá trình cân bằng điện áp và trạng thái điện tích giữa các tế bào khi chúng được sạc đầy.Không có hai tế bào giống hệt nhau.Luôn có những khác biệt nhỏ về trạng thái sạc, tốc độ tự xả, công suất, trở kháng và các đặc tính nhiệt độ.Điều này đúng ngay cả khi các ô có cùng kiểu máy, cùng nhà sản xuất và cùng lô sản xuất.Các nhà sản xuất sẽ sắp xếp các ô theo điện áp tương tự để khớp càng gần càng tốt, nhưng vẫn có những thay đổi nhỏ về trở kháng, công suất và tốc độ tự xả của từng ô mà cuối cùng có thể dẫn đến sự phân kỳ điện áp theo thời gian.

Hầu hết các bộ sạc pin điển hình phát hiện sạc đầy bằng cách kiểm tra xem điện áp của toàn bộ chuỗi tế bào đã đạt đến điểm điều chỉnh điện áp hay chưa.Điện áp của từng tế bào có thể thay đổi miễn là chúng không vượt quá giới hạn bảo vệ quá áp.Tuy nhiên, các tế bào yếu (những tế bào có công suất thấp hơn / trở kháng bên trong cao hơn) có xu hướng thể hiện điện áp cao hơn so với các tế bào còn lại của sê-ri khi kết thúc sạc đầy.Những tế bào này sau đó bị suy yếu hơn nữa bởi các chu kỳ sạc quá mức liên tục.Điện áp cao hơn của các tế bào yếu hơn khi hoàn thành quá trình sạc gây ra sự suy giảm công suất nhanh hơn.Nếu điện áp sạc tối đa được khuyến nghị bị vượt quá dù chỉ 10 phần trăm, thì tốc độ xuống cấp sẽ tăng 30 phần trăm.

Về mặt phóng điện, các tế bào yếu có xu hướng có điện áp thấp hơn các tế bào khác, do điện trở trong cao hơn hoặc tốc độ phóng điện nhanh hơn do công suất thấp hơn.Điều này có nghĩa là nếu bất kỳ pin yếu nào chạm vào pin dưới giới hạn bảo vệ điện áp trong khi điện áp của gói vẫn đủ để cung cấp năng lượng cho hệ thống, thì toàn bộ dung lượng của pin sẽ không bao giờ được sử dụng vì bộ bảo vệ gói sẽ ngăn việc phóng điện quá mức (điều này sẽ làm hỏng tế bào) bằng cách dừng xả toàn bộ gói khi điện áp của một tế bào xuống dưới ngưỡng điện áp của tế bào (thường là khoảng 2,7 V).

Kỹ thuật cân bằng tế bào
Giải pháp cơ bản của cân bằng tế bào cân bằng điện áp và trạng thái điện tích giữa các tế bào khi chúng ở trạng thái được sạc đầy.Cân bằng tế bào thường được phân loại thành hai loại:

1. Thụ động
2. Tích cực

Cân bằng tế bào thụ động
Phương pháp cân bằng tế bào thụ động hơi đơn giản và dễ hiểu.Xả các tế bào thông qua một tuyến đường vòng tiêu tan.Đường vòng này có thể được tích hợp hoặc bên ngoài mạch tích hợp (IC).Cách tiếp cận như vậy là thuận lợi trong ứng dụng hệ thống chi phí thấp.Thực tế là 100% năng lượng dư thừa từ pin năng lượng cao hơn bị tiêu tan dưới dạng nhiệt làm cho phương pháp thụ động ít được sử dụng hơn trong quá trình xả vì tác động rõ ràng đến thời gian chạy của pin.

Cân bằng tế bào hoạt động
Cân bằng tế bào chủ động, sử dụng con thoi điện dung hoặc điện cảm để truyền điện tích giữa các tế bào pin, hiệu quả hơn đáng kể vì năng lượng được truyền đến nơi cần thiết thay vì bị tắt.Tất nhiên, sự đánh đổi để đạt được hiệu quả được cải thiện này là nhu cầu về các thành phần bổ sung với chi phí cao hơn.

Tóm lược
Cân bằng tế bào không chỉ quan trọng để cải thiện hiệu suất và vòng đời của pin, nó còn bổ sung một yếu tố an toàn cho pin.Một trong những công nghệ mới nổi để tăng cường an toàn cho pin và kéo dài tuổi thọ pin là cân bằng tế bào tiên tiến.Do các công nghệ cân bằng tế bào mới theo dõi mức độ cân bằng cần thiết của từng tế bào riêng lẻ nên tuổi thọ khả dụng của bộ pin được tăng lên và độ an toàn tổng thể của pin được nâng cao.