Tại sao cân bằng pin là quan trọng đối với bộ pin?

Hệ thống pin năng lượng ô tô bao gồm nhiều cell riêng lẻ được kết nối nối tiếp để đáp ứng các yêu cầu về điện áp và công suất cụ thể. Trong quá trình sử dụng thực tế, do sự khác biệt giữa các cell riêng lẻ, dung lượng của toàn bộ bộ pin bị giới hạn bởi dung lượng của cell yếu nhất. Trong bộ pin kết nối nối tiếp, mặc dù dòng điện chạy qua mỗi cell là như nhau, sự khác biệt về dung lượng dẫn đến độ sâu xả khác nhau; các cell có dung lượng cao có xu hướng bị sạc và xả dưới mức, trong khi các cell có dung lượng thấp dễ bị sạc và xả quá mức. Do đó, các cell có dung lượng cao bị suy giảm chậm và tồn tại lâu hơn, trong khi các cell có dung lượng thấp bị suy giảm nhanh hơn và có tuổi thọ ngắn hơn. Sự chênh lệch này ngày càng lớn theo thời gian, cuối cùng dẫn đến hỏng hóc sớm toàn bộ bộ pin do hỏng hóc của các cell có dung lượng thấp.

ACEYMáy kiểm tra bộ pin có thể đo dung lượng, tuổi thọ chu kỳ và hiệu suất sạc-xả của bộ pin.

Mục tiêu cơ bản của cân bằng là "làm phẳng đỉnh và lấp đầy đáy". Điều này liên quan đến việc sử dụng mạch ngoài để điều chỉnh dòng điện sạc và xả trong các giai đoạn sạc, xả hoặc nghỉ để đảm bảo điện áp nhất quán trên các cell trong quá trình hoạt động, từ đó kéo dài phạm vi lái xe của xe và tuổi thọ của bộ pin.

Hiện tượng hiệu suất bộ pin suy giảm do sự khác biệt về hiệu suất giữa các cell riêng lẻ thường được gọi là "sự không khớp cell" hoặc "sự mất cân bằng". Trong hầu hết các trường hợp, sự mất cân bằng này bắt nguồn từ những thiếu sót trong quy trình sản xuất và phương pháp kiểm tra chứ không phải do thay đổi trong các đặc tính hóa học vốn có của cell. Ngay cả khi các cell được phân loại và ghép nối sau khi sản xuất, sự mất cân bằng vẫn có thể xảy ra — ví dụ, tốc độ tự xả khác nhau có thể gây ra sự mất cân bằng dung lượng trong các giai đoạn nghỉ, trong khi điện trở trong khác nhau có thể dẫn đến sạc quá mức các cell cụ thể trong quá trình sạc.
Để đạt được khả năng kiểm soát cân bằng cho các cell riêng lẻ, bộ cân bằng đóng vai trò là thành phần cốt lõi của Hệ thống quản lý pin (BMS); nếu không có bộ cân bằng, hệ thống quản lý — ngay cả khi có quyền truy cập vào dữ liệu đo lường — sẽ không thể thực hiện hành động khắc phục, làm cho khái niệm "quản lý" trở nên vô nghĩa.

I. Mô hình cơ bản của Quản lý kiểm soát cân bằng

Mô hình kiểm soát cân bằng được thảo luận trong chương này áp dụng cho các bộ pin có cấu hình nối tiếp, giả định tổng cộng *n* cell trong bộ pin. Như được minh họa bởi mô hình này, dung lượng và trạng thái sạc (SOC) của các cell riêng lẻ trong bộ pin có thể thay đổi bất kỳ lúc nào, đòi hỏi phải quản lý kiểm soát cân bằng cho các bộ pin năng lượng. Đối với xe điện, sự không nhất quán giữa các cell pin năng lượng là không thể tránh khỏi, chủ yếu là do hai yếu tố sau:

• Sự không nhất quán phát sinh từ quy trình sản xuất pin.
• Sự không nhất quán do môi trường hoạt động gây ra.

II. Phân loại Quản lý kiểm soát cân bằng

Có rất nhiều phương pháp kiểm soát cân bằng pin, với các phương pháp mới liên tục xuất hiện. Việc phân loại các phương pháp này rất khó khăn vì các tiêu chí phân loại khác nhau sẽ cho kết quả khác nhau. Bảng dưới đây tóm tắt các tiêu chí phân loại phổ biến và các loại tương ứng của chúng.

III. Ý nghĩa của Quản lý kiểm soát cân bằng

1. Quản lý kiểm soát cân bằng giúp tăng dung lượng tổng thể của bộ pin.
Hãy xem xét một bộ pin bao gồm bốn cell (B1, B2, B3, B4). Giả sử dung lượng danh định của chúng giống hệt nhau (C1=C2=C3=C4=Cmax); tuy nhiên, do các yếu tố như tốc độ tự xả khác nhau, dung lượng ban đầu của chúng khác nhau trước chu kỳ sạc — cụ thể, giả sử B2 có dung lượng ban đầu cao nhất và B3 thấp nhất. Vì các cell được kết nối nối tiếp, dung lượng còn lại của bộ pin giảm đều; tuy nhiên, theo thời gian, sự mất cân bằng sẽ phát triển. Kiểm soát cân bằng cho phép tăng dung lượng sử dụng tổng thể.

2. Quản lý kiểm soát cân bằng giúp điều chỉnh độ sâu sạc và xả cho các cell pin năng lượng.
Đầu tiên, quản lý cân bằng tăng cường an toàn cho pin. Nếu không có quản lý cân bằng sạc, hãy xem xét tình huống này: trong bốn cell, một cell (B2) gần đầy (tức là, Trạng thái sạc, hoặc SOC, của nó vượt quá 95%). Do đặc tính suất điện động và điện trở trong, điện áp hoạt động của nó tăng nhanh, khiến nó dễ bị sạc quá mức.

Thứ hai, quản lý cân bằng kéo dài tuổi thọ pin. Thứ ba, quản lý cân bằng cho phép lão hóa pin đồng đều, do đó cải thiện tính nhất quán của Trạng thái sức khỏe (SOH). Sự không nhất quán trong SOH gây khó khăn cho hệ thống quản lý pin; nó làm phức tạp thêm nhiệm vụ ước tính dung lượng còn lại của pin (hoặc Trạng thái sạc, SOC) và cản trở việc triển khai các chiến lược sạc tối ưu cho bộ pin. Để cải thiện tính nhất quán SOH trên toàn bộ bộ pin, các yếu tố ảnh hưởng đến lão hóa pin nên tác động đến từng cell riêng lẻ càng đều càng tốt; việc triển khai kiểm soát cân bằng để đảm bảo độ sâu xả (DOD) nhất quán trên các cell là một phương pháp hiệu quả để đạt được lão hóa đồng đều. Kiểm soát cân bằng duy trì độ sâu xả nhất quán trong quá trình hoạt động, điều này không chỉ kéo dài tuổi thọ chu kỳ tổng thể của bộ pin — như đã đề cập trước đó — mà còn đảm bảo suy giảm đồng đều, dẫn đến các giá trị SOH tương đối giống nhau trên tất cả các cell.

Về chúng tôi

Acey New Energy chuyên nghiên cứu và sản xuất thiết bị cao cấp cho pin lithium-ion. Chúng tôi có thể cung cấp giải pháp một cửa cho dây chuyền sản xuất pin lithium ion cho pin hình trụ/hình lăng trụ. Nếu bạn quan tâm đến máy kiểm tra bộ pin hoặc bộ cân bằng pin, vui lòng liên hệ với chúng tôi.