อธิบายแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ของกระเป๋า NMC: แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด แรงดันไฟฟ้าตัด และการตั้งค่า BMS

เซลล์กระเป๋า NMC ผสมผสานความหนาแน่นของพลังงานสูงเข้ากับรูปแบบน้ำหนักเบาและประหยัดพื้นที่ ทำให้เหมาะสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า โดรน หุ่นยนต์ อุปกรณ์อุตสาหกรรม ระบบทางทะเล และชุดแบตเตอรี่แบบกำหนดเอง

อย่างไรก็ตาม NMC อธิบายเคมีของแคโทด ในขณะที่ 'ถุง' อธิบายรูปแบบของเซลล์ ไม่มีคำใดคำหนึ่งเพียงอย่างเดียวที่จะกำหนดขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้อง แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด แรงดันไฟฟ้าประจุสูงสุด แรงดันไฟฟ้าตัดการคายประจุ ขีดจำกัดกระแส และขีดจำกัดอุณหภูมิ ต้องได้รับการยืนยันจากเอกสารข้อมูลที่ได้รับอนุมัติสำหรับเซลล์ที่เลือกเสมอ

สำหรับเซลล์ NMC/กราไฟท์ทั่วไปจำนวนมาก แรงดันไฟฟ้าปกติจะอยู่ที่ประมาณ 3.6V ถึง 3.7V เป้าหมายแรงดันไฟฟ้าประจุโดยทั่วไปคือ 4.20V และแรงดันไฟฟ้าปลายจำหน่ายที่ระบุมักจะอยู่ระหว่าง 2.5V ถึง 3.0V ค่าเหล่านี้เป็นค่าทั่วไป ไม่ใช่การตั้งค่าสากลสำหรับเซลล์กระเป๋า NMC ทุกเซลล์

ประเด็นสำคัญ

• เซลล์กระเป๋า NMC ทั่วไปมีแรงดันไฟฟ้าปกติที่ประมาณ 3.6V ถึง 3.7V

• เซลล์ NMC/กราไฟท์มาตรฐานจำนวนมากใช้โปรไฟล์การชาร์จ 4.20V CC/CV แต่ขีดจำกัดที่แน่นอนต้องมาจากเอกสารข้อมูลของเซลล์

• ค่าตัดการคายประจุที่ระบุโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 2.5V ถึง 3.0V ขึ้นอยู่กับการออกแบบเซลล์และสภาวะการทดสอบ

• เกณฑ์การป้องกัน BMS เป็นขีดจำกัดการป้องกันฉุกเฉิน ไม่ใช่เป้าหมายการปฏิบัติงานปกติ

• แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ภายใต้โหลดต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด เนื่องจากความต้านทานภายในและการเชื่อมต่อ

• แรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอสำหรับการประมาณค่าสถานะการชาร์จที่แม่นยำระหว่างการทำงาน

• การลดแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จด้านบนหรือการลดหน้าต่าง SOC การทำงานให้แคบลงอาจช่วยยืดอายุการใช้งานได้ แต่ผลลัพธ์ที่ได้คือเฉพาะเซลล์และการใช้งาน

พารามิเตอร์แรงดันไฟฟ้าเซลล์ของกระเป๋า NMC ทั่วไป

ค่าต่อไปนี้มีประโยชน์สำหรับการวางแผนระบบเบื้องต้น แต่ไม่ควรแทนที่เอกสารข้อมูลของผู้ผลิต

พารามิเตอร์	ช่วงอ้างอิงทั่วไป	การใช้งานทางวิศวกรรม
แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด	3.6V–3.7V	คำนวณแรงดันไฟฟ้าและพลังงานเบื้องต้น
เป้าหมายการชาร์จแรงดันไฟฟ้า	ทั่วไป 4.20V	การตั้งค่า CC/CV ของเครื่องชาร์จ
แรงดันไฟฟ้าเมื่อสิ้นสุดการคายประจุ	โดยทั่วไป 2.5V–3.0V	การทดสอบความจุและขีดจำกัดการทำงานที่ต่ำกว่า
คำเตือนเซลล์สูง	เฉพาะแอปพลิเคชัน	การลดกระแสไฟชาร์จหรือการเตือนผู้ใช้
การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินของเซลล์	เอกสารข้อมูลและตามเกณฑ์ความคลาดเคลื่อน	การตัดการเชื่อมต่อการชาร์จฉุกเฉิน
คำเตือนเซลล์ต่ำ	เฉพาะแอปพลิเคชัน	การลดพลังงานหรือการเตือนแบตเตอรี่เหลือน้อย
การป้องกันแรงดันไฟฟ้าของเซลล์	เอกสารข้อมูลและตามโหลด	การตัดการเชื่อมต่อฉุกเฉิน

เซลล์ NMC บางเซลล์ใช้ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่อยู่นอกค่าทั่วไปเหล่านี้ การออกแบบเซลล์ไฟฟ้าแรงสูง เซลล์กำลัง และเซลล์พลังงานอาจมีข้อกำหนดที่แตกต่างกัน แม้ว่าจะแชร์ความจุที่ระบุเท่ากันก็ตาม

แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดหมายถึงอะไร?

แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดคือแรงดันไฟฟ้าในการทำงานเฉลี่ยที่ใช้สำหรับการระบุเซลล์ การคำนวณแพ็ค และการประมาณค่าพลังงาน ไม่ใช่แรงดันไฟฟ้าที่เซลล์คงไว้ตลอดวงจรการคายประจุที่สมบูรณ์

เซลล์ NMC ทั่วไปที่ชาร์จจนเต็มอาจเริ่มต้นที่ใกล้ 4.20V แล้วค่อย ๆ ลดลงเมื่อพลังงานถูกกำจัดออกไป แรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ได้รับผลกระทบจาก:

• สถานะของการชาร์จ

• กระแสไฟชาร์จหรือดิสชาร์จ

• อุณหภูมิของเซลล์

• ความต้านทานของเซลล์

• อายุของเซลล์และสภาวะสุขภาพ

• เวลาพักหลังจากการชาร์จหรือการคายประจุ

สำหรับการคำนวณพลังงานเบื้องต้น:

พลังงานของเซลล์ (Wh) µ แรงดันไฟปกติ (V) × ความจุ (Ah)

ตัวอย่างเช่น เซลล์ 76Ah ที่พิกัด 3.7V มีพลังงานระบุโดยประมาณที่:

3.7V × 76Ah = 281.2Wh

นี่คือการคำนวณเล็กน้อย พลังงานที่ใช้งานจริงขึ้นอยู่กับกราฟแรงดันไฟฟ้า กระแส อุณหภูมิ และขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าบนและล่างของระบบโดยสมบูรณ์

การคำนวณแรงดันแพ็ค

เซลล์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า เซลล์ที่เชื่อมต่อแบบขนานจะเพิ่มความจุและความสามารถในปัจจุบัน

ถ้าแผ่นข้อมูลของเซลล์ระบุ:

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด: 3.7V

• ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าชาร์จ: 4.20V

• แรงดันไฟฟ้าเมื่อสิ้นสุดการจำหน่าย: 2.75V

แพ็ค 14S จะมี:

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของแพ็ค: 14 × 3.7V = 51.8V

• แรงดันไฟฟ้าชาร์จสูงสุด: 14 × 4.20V = 58.8V

• แรงดันไฟฟ้าเมื่อสิ้นสุดการจำหน่ายตามเอกสารข้อมูล: 14 × 2.75V = 38.5V

อุปกรณ์ขั้นสุดท้ายจะต้องทำงานอย่างถูกต้องตลอดช่วงแรงดันไฟฟ้าของชุดที่สมบูรณ์ ไม่ใช่แค่ที่แรงดันไฟฟ้าที่ระบุที่โฆษณาเท่านั้น

ตัวควบคุมมอเตอร์ อินเวอร์เตอร์ ตัวแปลง DC/DC คอนแทคเตอร์ ฟิวส์ ตัวเก็บประจุ และวงจรพรีชาร์จทั้งหมดควรได้รับการตรวจสอบโดยเทียบกับแรงดันไฟฟ้าแพ็คสูงสุด ขีดจำกัดการทำงานที่ต่ำกว่าควรคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงในระหว่างความต้องการกระแสไฟสูงสุดด้วย

แรงดันไฟชาร์จสูงสุดและการชาร์จ CC/CV

เซลล์กระเป๋า NMC ทั่วไปจำนวนมากใช้โปรไฟล์การชาร์จกระแสคงที่/แรงดันไฟฟ้าคงที่ 4.20V

ในระหว่างช่วงกระแสคงที่ เครื่องชาร์จจะจ่ายกระแสไฟชาร์จที่อนุญาตในขณะที่แรงดันไฟฟ้าของเซลล์เพิ่มขึ้น เมื่อแบตเตอรี่ถึงเป้าหมายแรงดันไฟฟ้าของเครื่องชาร์จ การชาร์จจะเข้าสู่ระดับแรงดันไฟฟ้าคงที่

ในระหว่างช่วงแรงดันไฟฟ้าคงที่ เครื่องชาร์จจะคงแรงดันไฟฟ้าเป้าหมายไว้ในขณะที่กระแสไฟชาร์จจะค่อยๆ ลดลง การชาร์จควรยุติลงเมื่อกระแสไฟฟ้าถึงค่าที่ระบุโดยผู้ผลิตเซลล์ หรือเมื่อตรงตามเงื่อนไขการยกเลิกอื่นที่ได้รับอนุมัติ

โปรไฟล์การชาร์จที่แน่นอนจะต้องกำหนด:

• กระแสไฟชาร์จสูงสุด

• แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของเซลล์และแพ็ค

• เป้าหมายแรงดันคงที่

• กระแสการสิ้นสุดการชาร์จ

• เวลาในการชาร์จสูงสุด

• ช่วงอุณหภูมิการชาร์จที่อนุญาต

• เงื่อนไขการเติมเงินหรือการกู้คืน

ไม่ควรใช้ BMS เป็นตัวควบคุมการชาร์จปกติ เครื่องชาร์จจะต้องควบคุมแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าอย่างถูกต้อง ในขณะที่ BMS จะให้การป้องกันที่เป็นอิสระ หากเครื่องชาร์จหรือการควบคุมระบบล้มเหลว

4.20V เป็นขีดจำกัดสัมบูรณ์สำหรับเซลล์ NMC ทุกเซลล์หรือไม่

เลขที่

เป้าหมายการชาร์จ 4.20V เป็นเรื่องปกติสำหรับเซลล์ NMC/กราไฟท์จำนวนมาก แต่ไม่ใช่แบบสากล สูตรอิเล็กโทรดและการออกแบบเซลล์ที่แตกต่างกันอาจใช้แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จสูงสุดที่แตกต่างกัน

ต้องเลือกเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าเกิน BMS จากข้อกำหนดเฉพาะของเซลล์ที่ได้รับอนุมัติและประสานงานกับ:

• ความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าของเครื่องชาร์จ

• ความแม่นยำในการวัดแรงดันไฟฟ้า BMS

• ข้อผิดพลาดในการเดินสายไฟและการตรวจจับ

• ความล่าช้าในการตรวจจับ

• ความไม่สมดุลของเซลล์

• อุณหภูมิ

• อัตราความปลอดภัยที่จำเป็น

ไม่แนะนำให้เผยแพร่ค่าสากลหนึ่งค่า เช่น การตั้งค่า NMC BMS ทุกตัวเป็น 4.25V ค่าที่ยอมรับได้สำหรับเซลล์หนึ่งอาจเกินแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาตของอีกเซลล์หนึ่ง

ปล่อยแรงดันไฟฟ้าตัด

แรงดันไฟฟ้าปลายจำหน่ายคือแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าที่ผู้ผลิตใช้เมื่อวัดความจุที่กำหนดภายใต้สภาวะการทดสอบที่กำหนด

สำหรับเซลล์ NMC โดยทั่วไปค่านี้จะอยู่ระหว่างประมาณ 2.5V ถึง 3.0V แต่จำนวนที่แน่นอนอาจแตกต่างกันไปตามการออกแบบเซลล์ ไม่ควรกลายเป็นเป้าหมายการดำเนินงานรายวันตามปกติโดยอัตโนมัติ

การทำงานใกล้กับค่าต่ำสุดของแผ่นข้อมูลอาจให้ความจุที่วัดได้มากกว่าเล็กน้อย แต่ก็อาจส่งผลให้:

• แรงดันไฟฟ้าตกมากขึ้นภายใต้โหลด

• การปิดระบบแรงดันไฟฟ้าต่ำก่อนหน้านี้ที่อุณหภูมิเย็น

• กำลังลดลงเมื่อใกล้สิ้นสุดการคายประจุ

• เพิ่มความไวต่อความไม่สมดุลของเซลล์

• มีความเสี่ยงสูงที่จะคายประจุเซลล์อนุกรมที่อ่อนแอที่สุดมากเกินไป

• อายุการใช้งานอาจลดลง

การคายประจุมากเกินไปอย่างต่อเนื่องหรือรุนแรงอาจทำให้อิเล็กโทรดและเฟสระหว่างโซลิด-อิเล็กโทรไลต์เสียหายได้ ในแพ็คที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม กระแสไฟที่ต่อเนื่องหลังจากเซลล์อ่อนเซลล์หนึ่งหมดลงสามารถผลักดันเซลล์นั้นให้กลับตัวได้ ภายใต้สภาวะการปล่อยประจุเกินอย่างรุนแรง อาจเกิดการสลายตัวของตัวสะสมกระแสทองแดงและกลไกการลัดวงจรภายในได้

ดังนั้น BMS จึงควรตัดการเชื่อมต่อโหลดก่อนที่เซลล์จะยังคงอยู่เกินขีดจำกัดล่างที่อนุญาต

แรงดันไฟฟ้าตกภายใต้โหลด

แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่วัดภายใต้โหลดจะต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดแบบผ่อนคลายของเซลล์ ความแตกต่างนี้มักเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าตก

การประมาณแบบง่ายคือ:

แรงดันไฟฟ้าตก µ กระแส × ความต้านทาน

หากเซลล์มีความต้านทาน DC 2mΩ และกระแสไฟคือ 100A:

∆V = 100A × 0.002Ω = 0.20V

อย่างไรก็ตาม การต้านทานแพ็คจริงยังรวมถึง:

• แท็บเซลล์

• บัสบาร์

• ข้อต่อแบบเชื่อมหรือแบบเกลียว

• ฟิวส์และคอนแทคเตอร์

• สายเคเบิลและขั้วต่อ

• การกระจายกระแสแบบกลุ่มขนาน

ความต้านทานยังเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ สถานะประจุ และอายุ ดังนั้นเซลล์ที่เย็นหรือมีอายุอาจมีแรงดันไฟฟ้าลดลงมากกว่าเซลล์ใหม่ที่ทดสอบที่อุณหภูมิห้อง

BMS จะต้องแยกแยะระหว่างการลดลงชั่วคราวที่สั้นและเซลล์ที่หมดลงอย่างแท้จริง นี่คือเหตุผลว่าทำไมการป้องกันแรงดันไฟฟ้าตกมักจะรวมถึงความล่าช้าในการตรวจจับที่ได้รับการตรวจสอบและฮิสเทรีซิสในการกู้คืน

ไม่มีความล่าช้าที่ปลอดภัยสากล จะต้องได้รับการตรวจสอบโดยใช้เซลล์จริง โปรไฟล์โหลด อุณหภูมิการทำงานขั้นต่ำ และความต้านทานของแพ็คที่แย่ที่สุด

แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดและสถานะการชาร์จ

แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดคือแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่วัดหลังจากกระแสประจุหรือกระแสคายประจุหยุดลง และเซลล์มีเวลาผ่อนคลายเพียงพอ

ทันทีหลังจากการชาร์จ แรงดันไฟฟ้าอาจยังคงสูงกว่าค่าที่ผ่อนคลายเต็มที่ หลังจากการคายประจุอย่างหนัก แรงดันไฟฟ้าอาจฟื้นตัวขึ้นเมื่อถอดโหลดออก เวลาผ่อนคลายที่ต้องการขึ้นอยู่กับเซลล์ อุณหภูมิ และความแม่นยำที่ต้องการโดยวิธีการประมาณค่า

ดังนั้นควรสร้างหรือจัดเตรียมตาราง OCV–SoC สำหรับเซลล์เฉพาะ ตารางทั่วไปไม่สามารถแสดงสูตร NMC ทุกสูตรได้อย่างถูกต้อง

ในระหว่างการปฏิบัติงาน BMS ที่แข็งแกร่งมักจะรวม:

• การนับคูลอมบ์

• การวัดแรงดันไฟฟ้าของเซลล์

• การชดเชยอุณหภูมิ

• การแก้ไข OCV ในช่วงพักที่เหมาะสม

• การประมาณความจุและสภาวะสุขภาพ

• แนวต้านหรือการแก้ไขตามแบบจำลอง

การนับคูลอมบ์มีประโยชน์ แต่ข้อผิดพลาดออฟเซ็ตเซ็นเซอร์ปัจจุบันและการประมาณความจุสะสมเมื่อเวลาผ่านไป จำเป็นต้องมีการแก้ไขเป็นระยะเพื่อป้องกันการเคลื่อนตัวของ SoC

วิธีการกำหนดค่า BMS ที่แนะนำ

ตารางต่อไปนี้อธิบายตรรกะการกำหนดค่า โดยไม่ได้ตั้งใจไม่ให้ค่าแรงดันไฟฟ้าสากล

พารามิเตอร์ BMS	พื้นฐานที่แนะนำของ
คำเตือนเซลล์สูง	ตั้งค่าไว้ด้านล่างจุดตัดการป้องกันเพื่อให้เครื่องชาร์จหรือตัวควบคุมลดกระแสไฟ
การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินของเซลล์	ประสานงานกับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตของเซลล์ ตลอดจนการวัดค่าและความคลาดเคลื่อนของเครื่องชาร์จทั้งหมด
ปล่อยแรงดันไฟฟ้าเกิน	ตั้งค่าต่ำกว่าเกณฑ์การเดินทางด้วยฮิสเทรีซีสที่เหมาะสม
คำเตือนเซลล์ต่ำ	ตั้งให้สูงพอที่จะแจ้งเตือนหรือลดกำลังไฟฟ้าที่เป็นประโยชน์ก่อนตัดการเชื่อมต่อ
การป้องกันแรงดันไฟฟ้าของเซลล์	ปกป้องเซลล์ก่อนที่จะมีการละเมิดขีดจำกัดล่างที่ได้รับอนุมัติอย่างต่อเนื่อง
ความล่าช้าของแรงดันไฟฟ้าตก	ตรวจสอบกับแรงดันไฟฟ้าตกชั่วคราวและระยะเวลาโหลดสูงสุดของแอปพลิเคชัน
การปล่อยแรงดันตก	กำหนดพฤติกรรมการฟื้นตัวและการชาร์จที่ปลอดภัย
ปรับสมดุลแรงดันสตาร์ท	เลือกจากพฤติกรรมแรงดันไฟฟ้าบน-SOC ของเซลล์และวิธีการชาร์จ
ส่วนต่างของความสมดุล	ขึ้นอยู่กับความแม่นยำในการวัด การจับคู่เซลล์ และประสิทธิภาพของแพ็คที่ต้องการ
ชาร์จขีดจำกัดอุณหภูมิ	ปฏิบัติตามเอกสารข้อมูลของเซลล์และแผนผังการลดพิกัดกระแสประจุ-กระแสที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว
ขีดจำกัดอุณหภูมิการคายประจุ	ปฏิบัติตามเอกสารข้อมูลเซลล์และการออกแบบการระบายความร้อนของระบบ

การกำหนดค่าการป้องกันควรกำหนดการบันทึกข้อผิดพลาด สภาวะการกู้คืน การสื่อสารของเครื่องชาร์จ พฤติกรรมของคอนแทคเตอร์ และการกำหนดว่าข้อผิดพลาดจำเป็นต้องรีเซ็ตอัตโนมัติหรือด้วยตนเอง

ปรับสมดุลของเซลล์

ในแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม เซลล์หรือกลุ่มขนานที่มีความจุต่ำสุดจะจำกัดพลังงานของแบตเตอรี่ทั้งหมด

การปรับสมดุลแบบพาสซีฟจะขจัดพลังงานจำนวนเล็กน้อยออกจากเซลล์ไฟฟ้าแรงสูงผ่านตัวต้านทาน การปรับสมดุลแบบแอคทีฟจะถ่ายเทพลังงานระหว่างเซลล์หรือกลุ่ม และอาจมีประโยชน์ในแพ็คขนาดใหญ่หรือระบบที่มีความไม่สมดุลสูงกว่า

การเลือกกระแสดุลต้องเกี่ยวข้องกับความจุของเซลล์

ตัวอย่างเช่น ความแตกต่างความจุ 1% ในเซลล์ 76Ah เท่ากับ:

76Ah × 1% = 0.76Ah

ด้วยกระแสไฟสมดุลแบบพาสซีฟ 100mA เวลาสมดุลที่เหมาะสมที่สุดจะเป็นดังนี้:

0.76Ah ÷ 0.10A = 7.6 ชั่วโมง

เวลาจริงจะนานขึ้นเนื่องจากการปรับสมดุลอาจทำงานเฉพาะในช่วงหนึ่งของรอบการชาร์จเท่านั้น และอาจถูกจำกัดด้วยอุณหภูมิ รอบการทำงาน หรือตารางการวัด BMS

การปรับสมดุลใกล้กับส่วนบนของช่วง SOC มักจะมีประโยชน์สำหรับ NMC เนื่องจากความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าจะตีความได้ง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม ไม่ควรใช้กฎสากล 'การเริ่มสมดุลที่สูงกว่า 4.0V' โดยไม่ตรวจสอบเส้นโค้ง OCV ของเซลล์และกลยุทธ์การชาร์จของแพ็ค

การจับคู่เซลล์ที่ดีก่อนการประกอบยังคงมีความสำคัญ วงจรปรับสมดุลขนาดเล็กไม่สามารถแก้ไขความจุขนาดใหญ่หรือความต้านทานที่ไม่ตรงกันในแพ็คเซลล์แบบกระเป๋าความจุสูงได้อย่างรวดเร็ว

การป้องกันอุณหภูมิ

ขีดจำกัดการชาร์จและการคายประจุของ NMC ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมาก

การชาร์จเซลล์ลิเธียมไอออนกราไฟท์-แอโนดแบบธรรมดาที่อุณหภูมิต่ำอาจเพิ่มความเสี่ยงในการชุบลิเธียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่กระแสไฟชาร์จสูง เซลล์จำนวนมากไม่อนุญาตให้ชาร์จที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0°C ในขณะที่บางเซลล์ยอมให้กระแสไฟลดลงภายในช่วงอุณหภูมิต่ำที่ระบุเท่านั้น

BMS ควรใช้ขีดจำกัดอุณหภูมิที่แน่นอนและแผนที่ลดกระแสที่จัดทำโดยผู้ผลิตเซลล์

ตำแหน่งเซนเซอร์อุณหภูมิควรสะท้อนถึงการออกแบบโมดูล อาจจำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์บนพื้นผิวเซลล์ แท็บ บัสบาร์ หรือจุดร้อนที่ทราบความร้อน ตำแหน่งที่ดีที่สุดขึ้นอยู่กับว่าข้อกังวลหลักคืออุณหภูมิแกนกลางของเซลล์ การทำความร้อนของแท็บ ความต้านทานในการเชื่อมต่อ หรือประสิทธิภาพของระบบทำความเย็น

การออกแบบการระบายความร้อนควรได้รับการตรวจสอบภายใต้:

• ชาร์จต่อเนื่องสูงสุด

• การปลดปล่อยอย่างต่อเนื่องสูงสุด

• การดำเนินการกระแสสูงสุด

• การชาร์จที่อุณหภูมิต่ำ

• การทำงานที่อุณหภูมิสูง

• ระบบทำความเย็นล้มเหลว

• ความแปรผันของอุณหภูมิระหว่างเซลล์ต่อเซลล์

การยืดอายุเซลล์กระเป๋า NMC

การลดเวลาที่ SOC ที่สูงมากและการหลีกเลี่ยงการคายประจุลึกโดยไม่จำเป็นมักจะช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของ NMC ได้ การลดแรงดันไฟฟ้าประจุด้านบนลงอาจลดการเสื่อมสภาพด้วย แต่ต้องวัดความจุและการแลกเปลี่ยนวงจรชีวิตสำหรับเซลล์ที่เลือก

ไม่ถูกต้องที่จะให้คำมั่นว่าการชาร์จแรงดันไฟฟ้าหนึ่งจะมีอายุการใช้งานสองเท่าหรือสามรอบเสมอไป

อายุแบตเตอรี่ยังได้รับผลกระทบจาก:

• อุณหภูมิของเซลล์

• อัตราการชาร์จและการคายประจุ

• ความลึกของการปล่อย

• SOC เฉลี่ย

• SOC อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล

• เวลาที่ใช้ที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุด

• แรงดันทางกล

• การจับคู่เซลล์

• ความสม่ำเสมอในการทำความเย็น

สำหรับการใช้งานที่ไม่ต้องการพลังงานสูงสุดในทุกรอบ ทีมวิศวกรสามารถประเมินหน้าต่าง SOC ที่แคบลงได้ การตั้งค่าสุดท้ายควรขึ้นอยู่กับการทดสอบรอบการทำงานและการรับประกันของลูกค้าและเป้าหมายรันไทม์

ข้อควรพิจารณาทางกลของกระเป๋า-เซลล์

เซลล์กระเป๋าต้องการมากกว่าการตั้งค่าทางไฟฟ้าที่ถูกต้อง ตู้เคลือบลามิเนตไม่ได้ให้การสนับสนุนโครงสร้างเช่นเดียวกับกล่องโลหะทรงกระบอกหรือแท่งปริซึมที่แข็ง

การออกแบบโมดูลที่สมบูรณ์ควรคำนึงถึง:

• การบีบอัดหรือการควบคุมที่ผู้ผลิตกำหนด

• การขยายตัวของเซลล์ตลอดชีวิต

• ฉนวนรอบแถบและขอบ

• ป้องกันการเจาะและการเสียดสี

• ความยืดหยุ่นของบัสบาร์และความเครียดของแท็บ

• หน้าสัมผัสความเย็นและความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ

• ค่าเผื่อความคลาดเคลื่อนในการผลิต

• การตรวจพบอาการบวมผิดปกติ

อาการบวมอาจสัมพันธ์กับความชรา อุณหภูมิสูง การชาร์จไฟมากเกินไป หรืออาการผิดปกติอื่นๆ ต้องไม่ใช้การบีบอัดเพื่อซ่อนเซลล์ที่เสียหายจากไฟฟ้าหรือสารเคมี

ตัวอย่าง: การกำหนดค่าแพ็คด้วยเซลล์ Farasis P76D

หากโครงการใช้ Farasis P76D หรือเซลล์กระเป๋า NMC รูปแบบขนาดใหญ่ 76Ah NMC กระบวนการทางวิศวกรรมควรเริ่มต้นด้วยเอกสารข้อมูลที่ผู้ผลิตอนุมัติในปัจจุบันสำหรับการแก้ไขเซลล์และชุดการผลิตที่แน่นอน

ยืนยันอย่างน้อย:

• แรงดันไฟฟ้าและความจุที่กำหนด

• แรงดันประจุสูงสุด

• ขีดจำกัดการปล่อยที่แนะนำและสัมบูรณ์

• กระแสไฟชาร์จมาตรฐานและสูงสุด

• กระแสคายประจุต่อเนื่องและพัลส์

• ความต้านทานภายใน DC

• ขีดจำกัดอุณหภูมิ

• ขนาดของเซลล์และค่าเผื่อการบวม

• ข้อกำหนดในการบีบอัด

• เงื่อนไขการทดสอบวงจรชีวิต

หากข้อกำหนดที่ได้รับอนุมัติระบุแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด 3.7V, แรงดันไฟฟ้าชาร์จสูงสุด 4.20V และแรงดันไฟฟ้าเมื่อสิ้นสุดการคายประจุ 2.75V ค่าเหล่านี้สามารถใช้ในการคำนวณแพ็คได้ จากนั้นเกณฑ์ BMS ควรได้รับการพัฒนาโดยมีระยะขอบที่เหมาะสมและตรวจสอบผ่านการทดสอบระดับแพ็ค

ไม่ควรคัดลอกการตั้งค่า NMC ทั่วไปลงในเฟิร์มแวร์การผลิตโดยตรงโดยไม่มีการตรวจสอบความถูกต้องนี้

รายการตรวจสอบการใช้งานชุดแบตเตอรี่

ก่อนปล่อยชุดแบตเตอรี่เซลล์กระเป๋า NMC ให้ตรวจสอบสิ่งต่อไปนี้:

1. ยืนยันเอกสารข้อมูลเซลล์ปัจจุบันและการแก้ไขข้อกำหนด

2. คำนวณแรงดันไฟฟ้าของแพ็คที่กำหนด สูงสุด และต่ำสุดจากจำนวนอนุกรมที่แน่นอน

3. ยืนยันความเข้ากันได้กับอินเวอร์เตอร์ ตัวควบคุมมอเตอร์ เครื่องชาร์จ และตัวแปลง DC/DC

4. โปรแกรมแรงดันไฟฟ้าของเครื่องชาร์จ กระแสไฟ และการสิ้นสุด

5. กำหนดค่าคำเตือน BMS เกณฑ์การป้องกัน ความล่าช้า ฮิสเทรีซิส และตรรกะการกู้คืน

6. รวมค่าความคลาดเคลื่อนในการวัด BMS และเครื่องชาร์จในการวิเคราะห์การป้องกัน

7. ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าตกที่กระแสสูงสุด SOC ต่ำ และอุณหภูมิการทำงานต่ำสุด

8. ตรวจสอบตำแหน่งเซ็นเซอร์อุณหภูมิและตัวตัดความร้อน

9. ยืนยันว่ากระแสไฟสมดุลเหมาะสมกับความจุของเซลล์และคาดว่าจะไม่ตรงกัน

10. ปรับเทียบการประมาณ SoC ตามอุณหภูมิและสภาวะอายุ

11. ทดสอบการป้องกันสายไฟเปิด กระแสเกิน การลัดวงจร แรงดันไฟเกิน และแรงดันตก

12. ตรวจสอบความถูกต้องของกลไกการยึดเหนี่ยว ฉนวน ส่วนรองรับแท็บ และการระบายความร้อน

13. บันทึกการตรวจสอบย้อนกลับของเซลล์และข้อมูลการทดสอบระดับแพ็ค

คำถามที่พบบ่อย

แรงดันไฟฟ้าปกติของเซลล์กระเป๋า NMC คือเท่าใด

เซลล์ถุง NMC ทั่วไปส่วนใหญ่ได้รับพิกัดที่ประมาณ 3.6V หรือ 3.7V ที่กำหนด ค่าที่แน่นอนขึ้นอยู่กับวิธีการทดสอบของผู้ผลิตและการออกแบบเซลล์

แรงดันไฟฟ้าที่ชาร์จเต็มของเซลล์ NMC เป็นเท่าใด

เซลล์ NMC/กราไฟท์มาตรฐานหลายเซลล์ใช้ไฟ 4.20V เป็นเป้าหมายการชาร์จ การออกแบบเซลล์บางแบบใช้ค่าที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงต้องตรวจสอบแผ่นข้อมูลที่ได้รับการอนุมัติ

แรงดันไฟฟ้าตัดจำหน่าย NMC ที่ถูกต้องคือเท่าใด

โดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าปลายจำหน่ายที่ระบุจะอยู่ระหว่างประมาณ 2.5V ถึง 3.0V ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเซลล์ การตัดไฟของระบบปกติอาจตั้งค่าให้สูงขึ้นเพื่อปรับปรุงความพร้อมของพลังงาน ประสิทธิภาพอุณหภูมิเย็น หรืออายุการใช้งาน

NMC BMS ทุกตัวสามารถใช้การตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าเกิน 4.25V ได้หรือไม่

ไม่ เกณฑ์แรงดันไฟฟ้าเกินต้องประสานกับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตของเซลล์ที่เลือก ความทนทานต่อเครื่องชาร์จ ความแม่นยำ BMS และเวลาตอบสนองการป้องกัน

เหตุใดแรงดันไฟฟ้าของเซลล์จึงลดลงระหว่างการเร่งความเร็วหรือโหลดสูงสุดอื่น

กระแสที่ไหลผ่านเซลล์และความต้านทานของแพ็คทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมทันที อุณหภูมิที่เย็น, SOC ต่ำ, อายุที่มากขึ้น และความต้านทานในการเชื่อมต่อสามารถเพิ่มการลดลงนี้ได้

แรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวสามารถให้การอ่านสถานะการชาร์จที่แม่นยำได้หรือไม่?

ไม่ใช่ระหว่างการทำงาน โดยทั่วไปการประมาณค่า SoC ที่แม่นยำจะรวมการนับคูลอมบ์ แรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิ แบบจำลองเซลล์ และการแก้ไข OCV เป็นระยะๆ

BMS แทนที่เครื่องชาร์จหรือไม่

ไม่ ที่ชาร์จจะต้องมีโปรไฟล์ CC/CV ที่ถูกต้องและการยุติการชาร์จ BMS จะตรวจสอบเซลล์และให้การป้องกันที่เป็นอิสระต่อสภาวะที่ผิดปกติ

บทสรุป

การจัดการแรงดันไฟฟ้าเซลล์กระเป๋า NMC ควรเริ่มต้นด้วยเอกสารข้อมูลที่ได้รับการอนุมัติของเซลล์ที่เลือก ไม่ใช่ชุดค่าอินเทอร์เน็ตสากล

ค่าต่างๆ เช่น แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด 3.6V ถึง 3.7V, แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จ 4.20V และแรงดันไฟฟ้าเมื่อสิ้นสุดการคายประจุ 2.5V ถึง 3.0V เป็นจุดอ้างอิงที่มีประโยชน์ แต่ค่าเหล่านี้ไม่ได้กำหนดการตั้งค่าที่ถูกต้องโดยอัตโนมัติสำหรับเซลล์กระเป๋า NMC ทุกเซลล์

ชุดแบตเตอรี่ที่เชื่อถือได้จะประสานงานข้อกำหนดเฉพาะของเซลล์ การควบคุมเครื่องชาร์จ การป้องกัน BMS การจัดการอุณหภูมิ การทดสอบแรงดันตกคร่อม การปรับสมดุลของเซลล์ และการรองรับกลไกของเซลล์กระเป๋า

Misen เป็นผู้จัดหาเซลล์กระเป๋า NMC และสนับสนุนการเลือกเซลล์ การตรวจสอบข้อมูลจำเพาะ การจับคู่ BMS และการพัฒนาโมดูลแบตเตอรี่แบบกำหนดเอง ส่งแรงดันไฟฟ้าแพ็ค ความจุ กระแสไฟฟ้าต่อเนื่องและสูงสุด อุณหภูมิการทำงาน และขนาดการติดตั้งที่มีอยู่ของคุณมาให้เราเพื่อเริ่มกระบวนการเลือกเซลล์

ความหนาแน่นของพลังงานสูงและความยืดหยุ่นของฟอร์มแฟคเตอร์ เซลล์กระเป๋า NMC ทำให้เป็นตัวเลือกชั้นนำสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าและการใช้งานที่ใช้พลังงานสูง ข้อดีเหล่านี้ต้องการความแม่นยำในการจัดการแรงดันไฟฟ้าอย่างเหนือชั้น การตีความข้อกำหนดด้านแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ถูกต้องทำให้เกิดผลที่ตามมาร้ายแรงทั้งบนพื้นโรงงานและในภาคสนาม การเพิกเฉยต่อแรงดันไฟฟ้าตกภายใต้ภาระหนักจะทำให้เกิดการปิดระบบที่ผิดพลาด ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าขณะพักทำให้การอ่านค่าความจุไม่ถูกต้อง การกำหนดค่าเกณฑ์การตัดที่ไม่ถูกต้องนำไปสู่การเสื่อมสภาพของเซลล์แบบเร่ง การบวมเชิงกล หรือการเปลี่ยนแปลงความร้อนอย่างหายนะ

หากต้องการเปลี่ยนจากการเลือกเซลล์ไปเป็นการประกอบชุดเซฟ ทีมวิศวกรจะต้องจัดแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด จุดสูงสุด และจุดตัดให้สอดคล้องกับพารามิเตอร์ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่แน่นอน คู่มือนี้จะแจกแจงเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าวิกฤต ลักษณะการทำงานแบบไดนามิก และการกำหนดค่า BMS ที่จำเป็นสำหรับการใช้งานที่เชื่อถือได้ คุณจะได้เรียนรู้วิธีตั้งค่าขีดจำกัดการป้องกันที่แม่นยำ ตีความพฤติกรรมโหลดไดนามิกอย่างถูกต้อง และกำหนดค่าโปรไฟล์การชาร์จที่สร้างความสมดุลระหว่างความจุสูงสุดกับความน่าเชื่อถือในระยะยาว

ประเด็นสำคัญ

• ขอบเขตแรงดันไฟฟ้าที่เข้มงวด: เคมีมาตรฐาน NMC ทำงานอย่างปลอดภัยภายในหน้าต่างที่เข้มงวด 2.5V (ต่ำสุดสัมบูรณ์) ถึง 4.2V (สูงสุดสัมบูรณ์); เกินขีดจำกัดเหล่านี้ทำให้เกิดการย่อยสลายทางเคมีอย่างถาวร

• ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับโหลดแบบไดนามิก: แรงดันไฟฟ้าตกระหว่างปีกผีเสื้อแบบเปิดกว้าง (WOT) หรือการดึงกระแสสูงจะต้องรวมอยู่ในการป้องกันแรงดันไฟฟ้าต่ำของ BMS เพื่อป้องกันการสะดุดสะดุดโดยยังคงรักษาความปลอดภัยของเซลล์

• แรงดันไฟฟ้าขณะพักเทียบกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน: แรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินัลจะอ่านค่าสูงเกินจริงทันทีหลังการชาร์จ (ประจุที่พื้นผิว) และต้องใช้เวลาพอสมควรเพื่อสะท้อนถึงแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) ที่แท้จริง

• BMS ไม่สามารถต่อรองได้: BMS ที่กำหนดค่าอย่างถูกต้องโดยใช้โปรไฟล์กระแสคงที่/แรงดันไฟฟ้าคงที่ (CC/CV) และการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน/ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้า (OVP/UVP) ที่แม่นยำ เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพวงจรชีวิตและการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยในเคมีเคมีลิเธียมทั้งหมด

• ข้อเสียของวงจรชีวิต: การจำกัดแรงดันไฟชาร์จสูงสุดไว้ที่ 4.05V–4.1V แทนที่จะเป็น 4.2V สูงสุด สามารถเพิ่มอายุการใช้งานของวงจรเซลล์กระเป๋า NMC แบบทวีคูณ ส่งผลให้ความจุระดับบนสุดเล็กน้อยเพื่อความน่าเชื่อถือในระยะยาว

ข้อมูลพื้นฐาน: การทำความเข้าใจพารามิเตอร์แรงดันไฟฟ้าของเซลล์กระเป๋า NMC

แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด (3.6V – 3.7V) และคณิตศาสตร์การกำหนดค่าแพ็ค

แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดแสดงถึงแรงดันไฟฟ้าในการทำงานโดยเฉลี่ยในระหว่างรอบการคายประจุมาตรฐาน สำหรับเคมีมาตรฐานของ NMC (นิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์) โดยทั่วไปค่านี้จะอยู่ระหว่าง 3.6V ถึง 3.7V เราระบุตัวเลขนี้โดยการคายประจุเซลล์ที่ชาร์จเต็มแล้วในอัตราปานกลาง ซึ่งปกติคือ 0.2C ถึง 0.5C และคำนวณแรงดันไฟฟ้าค่ามัธยฐานตลอดเส้นโค้งการคายประจุทั้งหมด หน่วยวัดนี้ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานพื้นฐานสำหรับการคำนวณพลังงานทั้งหมดบนโต๊ะ

คุณใช้แรงดันไฟฟ้าที่ระบุในการคำนวณพลังงานแพ็คทั้งหมดในหน่วยวัตต์-ชั่วโมง (Wh) การคูณแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดด้วยความจุแอมแปร์-ชั่วโมง (Ah) ของเซลล์จะทำให้ได้พลังงานทั้งหมด เมื่อสร้างชุดแบตเตอรี่ คุณจะปรับขนาดแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดนี้โดยการเชื่อมต่อเซลล์แบบอนุกรม (S) และแบบขนาน (P) คณิตศาสตร์เป็นตัวกำหนดสถาปัตยกรรมระบบขั้นสุดท้ายและการเลือกส่วนประกอบ

มาดูกันว่าสิ่งนี้จะขยายไปถึงระดับแพ็คได้อย่างไร การกำหนดค่า 14S (14 เซลล์ตามลำดับ) ให้แรงดันไฟฟ้าปกติที่ประมาณ 50.4V (14 x 3.6V) ชาร์จเต็มแล้ว ชุดนี้มีไฟถึง 58.8V (14 x 4.2V) การกำหนดค่า 16S จะดันแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไปที่ 57.6V โดยมีแรงดันไฟฟ้าชาร์จสูงสุดที่ 67.2V คุณต้องออกแบบตัวควบคุมมอเตอร์ อินเวอร์เตอร์ และวงจรพรีชาร์จเพื่อจัดการกับแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดนี้ ไม่ใช่แค่พิกัดที่ระบุเท่านั้น หากคุณกำหนดขนาดคอนแทคเตอร์ตามตัวเลขที่กำหนด 50.4V เท่านั้น คุณจะเสี่ยงต่อการเชื่อมหน้าสัมผัสที่ปิดเมื่อแบตเตอรี่ชาร์จเต็มแล้วที่ 58.8V

แรงดันไฟฟ้าชาร์จสูงสุด (4.2V) ขีดจำกัดความคลาดเคลื่อน และแรงดันไฟฟ้าขณะพัก

แรงดันไฟฟ้าเทอร์มินัลสูงสุดสัมบูรณ์สำหรับเซลล์ NMC มาตรฐานคือ 4.20V โดยทั่วไป เกณฑ์ความคลาดเคลื่อนในการผลิตจะยอมให้มีความแปรปรวนที่เข้มงวด ± 0.05V ต่อเซลล์ การดันแรงดันไฟฟ้าเกินขีดจำกัดนี้จะกระตุ้นให้เกิดการสลายตัวของสารเคมีภายในสถาปัตยกรรมเซลล์ทันทีและไม่สามารถย้อนกลับได้ คุณไม่สามารถพึ่งพาจอแสดงผลของเครื่องชาร์จเพียงอย่างเดียวได้ คุณต้องตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อที่แท็บเซลล์โดยใช้มัลติมิเตอร์ที่ปรับเทียบแล้วในระหว่างเฟสการปรับสมดุลแพ็คเริ่มต้น

ประจุที่พื้นผิวสร้างปรากฏการณ์แรงดันไฟฟ้าขณะพักชั่วคราว ทันทีหลังจากเสร็จสิ้นรอบการชาร์จ แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อจะอ่านค่าสูงเกินจริง เคมีภายในต้องใช้เวลาในการตกตะกอน ซึ่งมักใช้เวลาหลายชั่วโมงจึงจะถึงจุดสมดุล หลังจากระยะพักนี้เท่านั้น มัลติมิเตอร์จึงจะสะท้อนแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) ที่แท้จริง การปรับเทียบ BMS ของคุณโดยอิงตามแรงดันไฟฟ้าหลังการชาร์จทันที ทำให้เกิดการประมาณค่าสถานะการชาร์จ (SoC) ที่ไม่ถูกต้องและทริกเกอร์การปรับสมดุลก่อนเวลาอันควร

การชาร์จไฟมากเกินไปทำให้เกิดความเสี่ยงในการใช้งานอย่างรุนแรง เกิน 4.2V ทำให้เกิดการชุบลิเธียมบนขั้วบวก อิเล็กโทรไลต์เริ่มออกซิไดซ์ทำให้เกิดก๊าซ เนื่องจากเซลล์ถุงไม่มีปลอกทรงกระบอกที่แข็ง การสร้างก๊าซนี้จึงนำไปสู่การบวมเชิงกลโดยตรง เซลล์ที่บวมจะออกแรงกดดันต่อเซลล์ที่อยู่ติดกัน ส่งผลให้ความสมบูรณ์ของโครงสร้างของโมดูลทั้งหมดลดลง และอาจส่งผลให้กระเป๋าลามิเนตอะลูมิเนียมแตกได้

วิศวกรเผชิญกับมิติการประเมินที่แตกต่างกันเกี่ยวกับขีดจำกัดประจุสูงสุด การชาร์จจนเต็ม 4.2V จะดึงความจุสูงสุดได้ 100% แต่เน้นที่คุณสมบัติทางเคมีภายใน การจำกัดการชาร์จไว้ที่ 4.0V หรือ 4.1V จะจับประมาณ 80% ถึง 90% ของความจุ ช่วงที่ลดลงเล็กน้อยนี้ช่วยลดความเครียดทางกลได้อย่างมาก และยืดอายุวงจรโดยรวมของบรรจุภัณฑ์ สำหรับการใช้งานอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบอยู่กับที่ ข้อดีข้อเสียนี้แทบจะคุ้มค่าเสมอไป

แรงดันไฟตัดการคายประจุ (2.5V – 2.8V)

แรงดันไฟฟ้าตัดจำหน่ายถือเป็นขีดจำกัดล่างสุดของการทำงาน ที่เกณฑ์นี้ เซลล์จะถือว่าหมดประจุจนเหลือสถานะ 0% สำหรับเคมีของ NMC ผู้ผลิตมักจะกำหนดขีดจำกัดนี้ระหว่าง 2.5V ถึง 2.8V ภายใต้โหลด การแยกพลังงานที่ต่ำกว่าจุดนี้จะทำให้รันไทม์เพิ่มเติมเล็กน้อยแต่ทำให้เกิดความเสี่ยงทางเคมีอย่างมาก

เส้นโค้งการปล่อยประจุมีลักษณะ 'เข่า' ที่แตกต่างกันประมาณ 3.2V เมื่อต่ำกว่าจุดนี้ แรงดันไฟฟ้าจะลดลงจากหน้าผา แทบไม่มีพลังงานเหลือใช้อยู่ระหว่าง 3.0V ถึง 2.5V การดันเซลล์เข้าไปในบริเวณที่มีของเหลวไหลออกลึกนี้เป็นอันตรายและไม่เกิดผล

การคายประจุลึกที่ต่ำกว่า 2.5V จะเริ่มการละลายของทองแดง ตัวสะสมกระแสทองแดงบนขั้วบวกเริ่มสลายตัวและละลายลงในอิเล็กโทรไลต์ เมื่อคุณชาร์จเซลล์อีกครั้ง ไอออนทองแดงที่ละลายเหล่านี้จะตกตะกอนออกมา พวกมันก่อตัวเป็นเดนไดรต์โลหะที่เจาะทะลุตัวแยก

สิ่งนี้ทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรภายใน เซลล์ที่ได้รับความเสียหายจากการปล่อยประจุลึกอาจดูเหมือนว่าทำงานได้ตามปกติเป็นเวลาหลายรอบก่อนที่จะเกิดความล้มเหลวกะทันหัน รับประกันการสูญเสียกำลังการผลิตอย่างถาวร เพื่อป้องกันสิ่งนี้ ผู้ออกแบบระบบจะต้องบังคับใช้การตัดแรงดันไฟฟ้าต่ำอย่างเข้มงวดทั้งในระดับฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ เพื่อให้มั่นใจว่า BMS จะตัดการเชื่อมต่อโหลดทางกายภาพก่อนที่เซลล์จะถึงเกณฑ์วิกฤตินี้

พฤติกรรมแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกในเซลล์กระเป๋า NMC

แรงดันไฟฟ้าตกภายใต้โหลด (สถานการณ์ WOT และท่อระบายน้ำสูง)

ความต้านทานภายใน (IR) ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่าแรงดันตกในระหว่างเหตุการณ์คายประจุกระแสไฟฟ้าสูง เมื่อผู้ควบคุมรถยนต์ไฟฟ้าต้องการคันเร่งแบบเปิดกว้าง (WOT) มอเตอร์จะดึงกระแสไฟจำนวนมากจากชุดแบตเตอรี่ ตามกฎของโอห์ม กระแสสูงที่คูณกับความต้านทานภายในของเซลล์ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าตกที่ขั้วต่อทันที

คุณต้องวัดปริมาณการลดลงที่ยอมรับได้เพื่อออกแบบระบบที่แข็งแกร่ง มาดูการคำนวณเชิงปฏิบัติกัน หากเซลล์มีความต้านทานภายใน 2 มิลลิโอห์ม (0.002 โอห์ม) และคุณดึง 100 แอมป์ แรงดันไฟฟ้าตกคือ V = I * R = 100 * 0.002 = 0.2V ในระหว่างเหตุการณ์ WOT การลดลงชั่วคราวของ 0.2V ถึง 0.4V ต่อเซลล์เป็นเรื่องปกติโดยสิ้นเชิง ขนาดที่แน่นอนขึ้นอยู่กับอัตรา C เฉพาะที่ต้องการและความต้านทานภายใน DC (DCIR) ของเซลล์เป็นอย่างมาก เซลล์ประสิทธิภาพสูงที่มีแถบหนาขึ้นและคุณสมบัติทางเคมีที่ปรับให้เหมาะสมจะแสดงการหย่อนคล้อยน้อยลง

ซึ่งจะสร้างกรอบปัญหาที่ซับซ้อนสำหรับการเขียนโปรแกรม BMS ระบบจะต้องแยกความแตกต่างระหว่างเซลล์ที่หมดพลังงานอย่างแท้จริงและแรงดันไฟฟ้าตกชั่วคราวภายใต้ภาระหนัก หาก BMS ขึ้นอยู่กับการตัดแรงดันไฟฟ้าทันทีทันใด เหตุการณ์ WOT ที่ 30% SoC อาจทำให้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อต่ำกว่า 2.8V สิ่งนี้ทำให้เกิดการปิดระบบก่อนเวลาอันควรและเป็นอันตรายขณะขับรถ คุณต้องใช้เกณฑ์การป้องกันแบบหน่วงเวลาเพื่อจัดการลักษณะการทำงานแบบไดนามิกนี้

สถานะการชาร์จ (SoC) เทียบกับกราฟแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV)

เคมีของ NMC แสดงกราฟการปล่อยประจุที่ไม่เป็นเชิงเส้นที่ชัดเจน เส้นโค้งลาดเอียงที่กว้างนี้ตัดกันอย่างชัดเจนกับรูปแบบการคายประจุที่แบนมากของแบตเตอรี่ LiFePO4 ลักษณะทางลาดของเส้นโค้ง NMC ทำให้ค่อนข้างง่ายกว่าในการประมาณความจุคงเหลือโดยพิจารณาจากแรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว แต่เฉพาะภายใต้สภาวะการพักที่เข้มงวดเท่านั้น

เส้นโค้งมีลักษณะเป็นบริเวณที่ราบสูงยาวระหว่างประมาณ 3.9V ถึง 3.4V ภายในหน้าต่างนี้ แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างช้าๆ และสม่ำเสมอในขณะที่เซลล์คายประจุ ที่ปลายด้านบน (4.2V ถึง 3.9V) และปลายด้านล่าง (3.4V ถึง 2.8V) แรงดันไฟฟ้าตกจะสูงชันและรวดเร็ว พฤติกรรมที่ไม่ใช่เชิงเส้นนี้ทำให้การติดตามความจุแบบเรียลไทม์มีความซับซ้อน

สถานะการชาร์จโดยประมาณ (SoC)	แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดที่เหลือ (OCV)	เฟสเส้นโค้งการคายประจุ
100%	4.20V	หยดสูงชัน
80%	3.95V	เข้าสู่ที่ราบสูง
50%	3.70V	ที่ราบสูงกลาง (ระบุ)
20%	3.45V	ออกจากที่ราบสูง
0%	2.80V - 3.00V	หล่นสูงชัน (ตัดออก)

การใช้แรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวในการประมาณค่า SoC ยังคงไม่เพียงพอสำหรับเซลล์ NMC ที่ทำงานอยู่ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าลดลงภายใต้โหลดและดีดกลับระหว่างพัก ตารางค้นหาแรงดันไฟฟ้าอย่างง่ายจะแสดงความผันผวนอย่างมากระหว่างการทำงาน คุณต้องใช้การนับคูลอมบ์ภายใน BMS การนับคูลอมบ์จะวัดกระแสที่ไหลเข้าและออกจากแพ็คอย่างแน่นอน โดยผสานรวมข้อมูลนี้เมื่อเวลาผ่านไปเพื่อให้ได้เปอร์เซ็นต์ SoC ที่มีความแม่นยำสูงและเสถียร

การประเมินตัวเลือกประสิทธิภาพสูง: ข้อมูลจำเพาะเซลล์ของกระเป๋า Farasis P76D

พิกัดความจุและแรงดันไฟฟ้า

กำลังวิเคราะห์ ข้อมูลจำเพาะเซลล์กระเป๋า Farasis P76D มอบเกณฑ์มาตรฐานที่ชัดเจนสำหรับเทคโนโลยี NMC ความจุสูง เซลล์เฉพาะนี้มีความจุ 76Ah อย่างมาก ทำให้เหมาะสำหรับการออกแบบโมดูลที่ใช้พลังงานหนาแน่น พารามิเตอร์แรงดันไฟฟ้าสอดคล้องกับมาตรฐานเคมี NMC ระดับสูงสุด

แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดอยู่ที่ 3.7V ซึ่งบ่งบอกถึงบริเวณที่ราบสูงที่แข็งแกร่งในระหว่างการคายประจุ ขีดจำกัดการชาร์จที่แนะนำคือจำกัดอย่างเคร่งครัดที่ 4.2V ในขณะที่ค่าตัดกระแสไฟมาตรฐานตั้งไว้ที่ 2.75V การให้คะแนนเหล่านี้ให้การวัดความหนาแน่นของพลังงานที่ยอดเยี่ยม ช่วยให้วิศวกรสามารถบรรจุกิโลวัตต์-ชั่วโมงสูงสุดลงในพื้นที่จำกัดทางกายภาพ แถบกว้างบนเซลล์เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อรองรับกระแสคายประจุที่ต่อเนื่องสูงในขณะที่ลดความร้อนเฉพาะที่

ความเหมาะสมของแอปพลิเคชันและความสามารถในการปรับขนาด

คุณลักษณะด้านความร้อนและความสามารถในการคายประจุของ Farasis P76D สอดคล้องอย่างสมบูรณ์แบบกับเกณฑ์ความสำเร็จในระบบขับเคลื่อน EV และการใช้งานกักเก็บพลังงานที่มีความต้องการสูง ความจุสูงต่อเซลล์ช่วยลดจำนวนการเชื่อมต่อแบบขนานที่จำเป็นในแพ็ค สิ่งนี้ทำให้สถาปัตยกรรมบัสบาร์ง่ายขึ้น ลดจำนวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่จำเป็น และกำจัดจุดที่อาจเกิดความล้มเหลว

อย่างไรก็ตาม การใช้เซลล์กระเป๋ารูปแบบขนาดใหญ่ทำให้เกิดข้อจำกัดทางกลเฉพาะ เซลล์ถุงจะขยายและหดตัวตามธรรมชาติในระหว่างรอบการชาร์จและคายประจุตามปกติ คุณต้องติดตั้งแผ่นอัดและแผ่นโฟมที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมไว้ภายในตัวเครื่องโมดูล การบีบอัดทางกลที่เหมาะสมจะช่วยจัดการการขยายตัวตามปกติ ป้องกันการแยกตัวของชั้นภายใน และรักษาการสัมผัสที่เหมาะสมระหว่างอิเล็กโทรดและตัวคั่น หากไม่มีการบีบอัดที่เพียงพอ ความต้านทานภายในจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามอายุของเซลล์

การกำหนดค่า BMS สำหรับเซลล์กระเป๋า NMC

การตั้งค่าการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน (OVP) และการป้องกันแรงดันไฟฟ้าต่ำ (UVP)

การกำหนดจุดตั้งค่า BMS ที่แน่นอนเป็นแนวทางการแก้ปัญหาที่สำคัญสำหรับเคมีของ NMC คุณไม่สามารถพึ่งพาการตั้งค่าเริ่มต้นจากโรงงานได้ คุณต้องปรับแต่งเกณฑ์ให้เหมาะกับแผ่นข้อมูลเซลล์เฉพาะ การกำหนดค่าที่เหมาะสมใช้วิธีการแบบแบ่งระดับ โดยใช้ทั้งระดับการแจ้งเตือนและระดับการยกเลิกการเชื่อมต่อแบบฮาร์ด

1. เกณฑ์การแจ้งเตือน OVP: ตั้งค่าเป็น ~4.15V BMS ทริกเกอร์คำเตือนและอาจเริ่มต้นการปรับสมดุลหรือขอให้ลดกระแสประจุจากเครื่องชาร์จผ่าน CAN บัส

2. OVP Disconnect Threshold: ตั้งค่าอย่างเคร่งครัดที่ 4.25V BMS จะเปิดคอนแทคเตอร์ โดยตัดกระแสไฟฟ้าประจุออกทางกายภาพเพื่อป้องกันการชาร์จไฟเกินอย่างร้ายแรง

3. เกณฑ์การแจ้งเตือน UVP: ตั้งค่าเป็น ~3.0V ระบบจะเตือนผู้ใช้ว่ามีความจุต่ำ และอาจจำกัดแรงบิดของมอเตอร์เพื่อจำกัดการดึงกระแส

4. เกณฑ์การตัดการเชื่อมต่อ UVP: ตั้งค่าระหว่าง 2.7V ถึง 2.8V BMS ปิดเส้นทางการปล่อยอย่างสมบูรณ์เพื่อป้องกันการละลายของทองแดง

คุณต้องกำหนดค่าตัวจับเวลาหน่วงเวลาสำหรับการตั้งค่า UVP เหล่านี้ การหน่วงเวลาโดยทั่วไป 2 ถึง 5 วินาทีจะป้องกันไม่ให้แรงดันไฟฟ้าตกชั่วคราวระหว่างเหตุการณ์ WOT ไม่ให้ทำให้เกิดการตัดการเชื่อมต่อที่น่ารำคาญ หากแรงดันไฟฟ้าลดลงต่ำกว่า 2.7V เป็นเวลาเพียง 500 มิลลิวินาทีในระหว่างการเร่งความเร็วอย่างหนัก ตัวจับเวลาจะป้องกันการปิดเครื่อง หากแรงดันไฟฟ้าคงต่ำกว่า 2.7V เป็นเวลา 3 วินาทีเต็ม BMS จะจดจำเซลล์ที่หมดพลังงานอย่างแท้จริงและเปิดคอนแทคเตอร์

กลยุทธ์การปรับสมดุลของเซลล์

การปรับสมดุลเซลล์ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเซลล์ทั้งหมดภายในชุดข้อมูลจะมีประจุสูงสุดพร้อมกัน เซลล์ที่มีความจุต่ำสุดจะกำหนดพลังงานที่ใช้งานได้ของทั้งแพ็คโดยไม่สมดุล คุณต้องเลือกระหว่างกลยุทธ์การปรับสมดุลแบบแอคทีฟและพาสซีฟ โดยขึ้นอยู่กับขนาดบรรจุภัณฑ์และการใช้งาน

การปรับสมดุลแบบพาสซีฟจะทำให้แรงดันไฟฟ้าส่วนเกินออกจากเซลล์ที่มีประจุสูงสุดโดยการกำหนดเส้นทางกระแสไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานบายพาส ซึ่งจะกระจายพลังงานเป็นความร้อน สำหรับเซลล์ถุง NMC คุณภาพสูงที่เข้ากันดี โดยทั่วไปการปรับสมดุลแบบพาสซีฟก็เพียงพอแล้ว กระแสไฟสมดุลมักจะมีขนาดเล็กตั้งแต่ 50mA ถึง 200mA โปรดทราบว่าตัวต้านทานไล่ลมขนาด 50mA จะใช้เวลาหลายวันเพื่อปรับสมดุลของเซลล์ 76Ah ที่ไม่สมดุลอย่างรุนแรง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการปรับสมดุลด้านบนเบื้องต้นบนม้านั่งสำรองจึงมีความสำคัญก่อนการประกอบแพ็คสุดท้าย

BMS ต้องเริ่มต้นการปรับสมดุลแบบพาสซีฟใกล้กับจุดสูงสุดของรอบการชาร์จเท่านั้น ซึ่งโดยทั่วไปจะสูงกว่า 4.0V ต่อเซลล์ การพยายามปรับสมดุลเซลล์ระหว่างส่วนที่เรียบของกราฟการปล่อยประจุ (ประมาณ 3.6V) มีความเสี่ยงสูง เนื่องจากความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าในบริเวณที่ราบสูงมีน้อย BMS อาจตีความความแปรผันเล็กน้อยของความต้านทานภายในผิดเนื่องจากความไม่สมดุลของความจุ ซึ่งนำไปสู่การดำเนินการปรับสมดุลที่ไม่ถูกต้องและไม่เกิดผล

การชดเชยอุณหภูมิและขีดจำกัดความร้อน

เกณฑ์แรงดันไฟฟ้าไม่คงที่ จะต้องปรับแบบไดนามิกตามอุณหภูมิโดยรอบและภายในเซลล์ BMS ที่ทนทานใช้เทอร์มิสเตอร์หลายตัวที่วางติดกับแท็บเซลล์และตัวกระเป๋าโดยตรงเพื่อตรวจสอบข้อมูลความร้อนแบบเรียลไทม์ การวางเทอร์มิสเตอร์บนบัสบาร์ทำให้มีเวลาตอบสนองที่เร็วที่สุดในการตรวจจับความร้อนกระแสสูง

การชาร์จเซลล์ NMC ที่หรือต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง (0°C) ทำให้เกิดความเสี่ยงในการใช้งานที่รุนแรง ที่อุณหภูมิต่ำ การแทรกตัวของลิเธียมไอออนเข้าไปในขั้วบวกของกราไฟท์จะลดลงอย่างมาก หากคุณใช้กระแสประจุมาตรฐานที่อุณหภูมิเยือกแข็ง ลิเธียมไอออนจะไม่สามารถทะลุขั้วบวกได้เร็วพอ สะสมอยู่บนพื้นผิวทำให้เกิดการชุบลิเธียมถาวร

เพื่อป้องกันสิ่งนี้ BMS จะต้องบังคับใช้ขีดจำกัดความร้อนที่เข้มงวด อุณหภูมิต่ำกว่า 5°C BMS ควรลดกระแสประจุที่อนุญาตอย่างรุนแรง ที่หรือต่ำกว่า 0°C BMS จะต้องปิดกระแสไฟชาร์จโดยสมบูรณ์ในขณะที่ยังคงปล่อยประจุในอัตราต่ำได้ การตัดที่อุณหภูมิสูงก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน ควรปิดใช้งานการชาร์จและการคายประจุหากอุณหภูมิของเซลล์เกิน 60°C เพื่อป้องกันไม่ให้ความร้อนหลุดลอย ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแอคทีฟควรรวมเข้ากับ BMS เพื่อรักษาบรรจุภัณฑ์ให้อยู่ภายในหน้าต่างอุณหภูมิ 20°C ถึง 35°C ที่เหมาะสมที่สุด

โปรไฟล์การชาร์จและการเพิ่มประสิทธิภาพวงจรชีวิต

วงจรกระแสคงที่ / แรงดันคงที่ (CC/CV)

ชุด NMC ระดับสูงจำเป็นต้องมีโปรไฟล์การชาร์จกระแสคงที่ / แรงดันคงที่ (CC/CV) ที่เข้มงวด กระบวนการสองขั้นตอนนี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการชาร์จที่ปลอดภัยและสมบูรณ์โดยไม่เกินเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าสูงสุด คุณต้องตั้งโปรแกรมฮาร์ดแวร์การชาร์จของคุณให้ทำตามลำดับนี้

ในระหว่างขั้นตอน Bulk Stage (CC) เครื่องชาร์จจะจ่ายกระแสไฟฟ้าคงที่สูงสุดที่อนุญาตไปยังชุดแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อแบตเตอรี่ดูดซับพลังงาน ขั้นตอนนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าเซลล์ที่สูงที่สุดในแพ็คจะถึงแรงดันไฟฟ้าดูดซับเป้าหมาย ซึ่งโดยทั่วไปคือ 4.2V ระยะ CC ให้พลังงานประมาณ 80% ถึง 90% ของประจุทั้งหมด เซลล์ที่มีความต้านทานภายในสูงกว่าจะถึงเกณฑ์แรงดันไฟฟ้านี้เร็วขึ้น ซึ่งจะทำให้เครื่องชาร์จเข้าสู่เฟสถัดไปก่อนเวลาอันควร

เมื่อถึงแรงดันไฟฟ้าเป้าหมาย เครื่องชาร์จจะเปลี่ยนเป็นโหมดดูดซับ (CV) เครื่องชาร์จจะรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่อย่างสมบูรณ์แบบที่ 4.2V เมื่อเซลล์ถึงความอิ่มตัวทั้งหมด ความต้านทานภายในจะดันกลับ ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าที่ยอมรับได้ลดลงตามธรรมชาติ การยุติการเรียกเก็บเงินตามการลดลงในปัจจุบันนี้เป็นสิ่งสำคัญ รอบการชาร์จควรสิ้นสุดลงโดยสมบูรณ์เมื่อกระแสไฟฟ้าลดลงถึงเกณฑ์ที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ซึ่งโดยปกติคือ 0.05C การถือเซลล์ไว้ที่ 4.2V โดยไม่มีกำหนดจะทำให้เกิดการชาร์จไฟเกินระดับไมโครและการย่อยสลายอย่างรวดเร็ว

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อมูลค่าโดยรวม: ความจุเทียบกับอายุยืนยาว

การตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าเป้าหมายต้องใช้กรอบการตัดสินใจโดยอิงตามเป้าหมายการใช้งานเฉพาะของคุณ คุณต้องประเมินการแลกเปลี่ยนระหว่างช่วงสูงสุดที่แน่นอนและปริมาณงานพลังงานตลอดอายุการใช้งานทั้งหมด

แรงดันไฟฟ้าที่ชาร์จเป้าหมาย	ความจุที่ใช้ได้ต่อรอบ อายุการ	ใช้งานของรอบโดยประมาณ	กรณีการใช้งานหลัก
4.20V	100%	500 - 800 รอบ	ประสิทธิภาพ EV, โดรน
4.10V	~90%	1,200 - 1,500 รอบ	รถยนต์ไฟฟ้าพร็อพ, เรือเดินทะเล
4.05V	~80%	2,000+ รอบ	การจัดเก็บกริด, ธนาคารพลังงานแสงอาทิตย์

การชาร์จแพ็ค NMC เป็น 4.2V จะให้ระยะการทำงานสูงสุดทันที แต่จะเน้นที่โครงสร้างแคโทด ส่งผลให้อายุการใช้งานสั้นลง การลดแรงดันไฟฟ้าเป้าหมายลงเหลือ 4.05V จะทำให้ความจุสูงสุด 20% ลดลง อย่างไรก็ตาม ความเครียดจากสารเคมีที่ลดลงนี้สามารถยืดอายุวงจรรวมของบรรจุภัณฑ์เป็นสองเท่าหรือสามเท่าได้อย่างง่ายดาย สำหรับการจัดเก็บแบบอยู่กับที่หรือการใช้งานที่ช่วงสูงสุดรายวันไม่สำคัญ การลดแรงดันไฟฟ้าประจุลงจะทำให้ได้ปริมาณพลังงานตลอดอายุการใช้งานที่เหนือกว่าอย่างมาก

บทสรุป

การใช้งานเคมี NMC อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับการปฏิบัติตามกรอบเวลาการทำงาน 2.5V–4.2V อย่างเข้มงวด ความน่าเชื่อถือของระบบที่แท้จริงจำเป็นต้องมีการกำหนดค่า BMS แบบไดนามิกที่คำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าตก ความผันผวนของอุณหภูมิ และเป้าหมายอายุการใช้งานที่เฉพาะเจาะจง การเลือกฮาร์ดแวร์และพารามิเตอร์ซอฟต์แวร์ต้องทำงานในการซิงโครไนซ์ที่สมบูรณ์แบบ

ทำตามขั้นตอนที่สามารถดำเนินการได้ต่อไปนี้เพื่อรักษาการออกแบบระบบแบตเตอรี่ของคุณ:

1. ตรวจสอบเอกสารข้อมูลของผู้ผลิตเซลล์ของคุณเพื่อแยกความต้านทานภายใน DC ที่แน่นอนและขีดจำกัดอัตรา C ต่อเนื่องสูงสุดสำหรับโมดูลเฉพาะของคุณ

2. กำหนดข้อกำหนดอายุการใช้งานของแอปพลิเคชันของคุณเพื่อสร้างแรงดันไฟชาร์จเป้าหมายที่มั่นคง โดยตัดสินใจเลือกระหว่าง 4.2V สำหรับความจุสูงสุด หรือ 4.05V เพื่ออายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น

3. ตั้งโปรแกรม BMS ของคุณด้วยการหน่วงเวลา 3 วินาทีบนเกณฑ์การป้องกันแรงดันต่ำเพื่อป้องกันการสะดุดในระหว่างการเร่งความเร็วสูงในปัจจุบัน

4. สร้างต้นแบบโปรไฟล์การชาร์จ CC/CV ของคุณภายใต้สภาวะโหลดจำลอง เพื่อตรวจสอบว่าการสิ้นสุดการชาร์จเกิดขึ้นอย่างแม่นยำที่เทเปอร์กระแส 0.05C

5. สำหรับการสนับสนุนทางวิศวกรรมเฉพาะทางเกี่ยวกับการเลือกเซลล์และสถาปัตยกรรมระบบ ติดต่อเรา เพื่อจัดพารามิเตอร์ BMS ของคุณให้สอดคล้องกับฮาร์ดแวร์ระดับสูงสุด

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: แรงดันไฟฟ้าสูงสุดสัมบูรณ์สำหรับเซลล์กระเป๋า NMC คือเท่าใด

ตอบ: แรงดันไฟฟ้าเทอร์มินัลสูงสุดที่แน่นอนคือ 4.20V ต่อเซลล์ เกินขีดจำกัดนี้ทำให้เกิดความเสียหายทางเคมีที่ไม่สามารถรักษาให้หายได้ รวมถึงการชุบลิเธียม การออกซิเดชันของอิเล็กโทรไลต์ การเกิดก๊าซ และการบวมเชิงกลของกระเป๋า

ถาม: คุณสามารถคายประจุแบตเตอรี่ NMC ได้อย่างปลอดภัยก่อนที่จะทำให้เกิดความเสียหายได้ต่ำแค่ไหน

ตอบ: ขีดจำกัดล่างที่ปลอดภัยโดยทั่วไปคือ 2.5V ถึง 2.8V ภายใต้โหลด การคายประจุที่ต่ำกว่า 2.5V จะทำให้ตัวสะสมกระแสทองแดงบนขั้วบวกละลาย ทำให้เกิดการลัดวงจรภายในและการสูญเสียความจุอย่างถาวร

ถาม: แรงดันไฟฟ้าตกสูงสุดต่อเซลล์ที่ยอมรับได้ในระหว่าง Wide Open Throttle (WOT) คือเท่าใด

ตอบ: ในระหว่างเหตุการณ์ที่มีภาระหนักเช่น WOT แรงดันไฟฟ้าตกชั่วคราวที่ 0.2V ถึง 0.4V ต่อเซลล์ถือเป็นเรื่องปกติ การลดลงที่แน่นอนขึ้นอยู่กับความต้านทานภายในของเซลล์และการดึงกระแสไฟฟ้าจำเพาะ ความล่าช้าของ BMS ควรป้องกันไม่ให้การลดลงนี้ทำให้เกิดการปิดระบบ

ถาม: เหตุใดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของเซลล์จึงอ่านค่าสูงขึ้นทันทีหลังจากการชาร์จ

ตอบ: นี่เป็นเพราะประจุที่พื้นผิว ปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์ต้องใช้เวลาพอสมควรจึงจะถึงสมดุลหลังจากที่กระแสไฟชาร์จหยุดลง แรงดันไฟฟ้าจะคงที่ตามธรรมชาติเป็นแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) ที่แท้จริงภายในเวลาหลายชั่วโมง

ถาม: การจำกัดแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จช่วยปรับปรุงอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้อย่างไร

ตอบ: การชาร์จไปที่ 4.2V จะทำให้เกิดความเครียดสูงสุดกับโครงสร้างแคโทด ด้วยการจำกัดการชาร์จสูงสุดไว้ที่ 4.05V หรือ 4.1V คุณจะลดความเครียดทางเคมีและทางกลได้ สิ่งนี้ทำให้ความจุในการใช้งานลดลงเล็กน้อย แต่สามารถเพิ่มจำนวนรอบการชาร์จรวมที่แบตเตอรี่สามารถทนได้เป็นสองเท่า