सेल बॅलन्सिंग म्हणजे काय?

सेल बॅलन्सिंग बॅटरी पॅकमधील वैयक्तिक सेलमधील व्होल्टेज आणि चार्जची स्थिती समान करते. ही प्रक्रिया काही पेशी जास्त चार्ज होण्यापासून प्रतिबंधित करते तर काही कमी चार्ज होत राहतात, जे अन्यथा पॅकची एकूण वापरण्यायोग्य क्षमता मर्यादित करते आणि निकृष्टतेला गती देते.

तंत्र प्रामुख्याने लागू होतेलिथियम आयन बॅटरी पॅककॉन्फिगरेशन जेथे सेल मालिकेत जोडतात. चार्जिंग किंवा डिस्चार्जिंग दरम्यान जेव्हा एक सेल त्याच्या व्होल्टेज मर्यादेपर्यंत पोहोचतो, तेव्हा संपूर्ण पॅकने कार्य करणे थांबवले पाहिजे-जरी इतर सेलची क्षमता शिल्लक असली तरीही.

मॅन्युफॅक्चरिंग व्हेरिएशन थोड्या वेगळ्या क्षमता, प्रतिबाधा आणि स्वयं-डिस्चार्ज दरांसह सेल तयार करतात. समान उत्पादन बॅचमधील पेशी देखील हे फरक प्रदर्शित करतात. वारंवार चार्ज-डिस्चार्ज सायकल्सवर, या लहान फरकांमुळे लक्षणीय असंतुलन निर्माण होते.

असंतुलित पॅक प्रत्येक सायकलवर नेमप्लेट क्षमतेपेक्षा 10% कमी वितरीत करू शकतो, प्रत्येक सेलवर डिग्रेडेशन वाढवताना वापरकर्त्यांनी भरलेली ऊर्जा लॉक करते. गणित सरळ आहे: 100 मालिका सेल असलेल्या 1000 kWh प्रणालीमध्ये, जर एक सेल 90% चार्ज स्थितीवर बसला तर इतर 100% पर्यंत पोहोचला, तर संपूर्ण पॅक 999 kWh साठवूनही केवळ 900 kWh मध्ये प्रवेश करू शकतो.

तापमान ग्रेडियंट्स समस्या वाढवतात. मोटर्स किंवा इलेक्ट्रॉनिक्सच्या जवळ असलेल्या पेशींना उच्च तापमानाचा अनुभव येतो, ज्यामुळे त्यांची अंतर्गत रसायनशास्त्र थंड पेशींपेक्षा वेगळ्या पद्धतीने बदलते. हा पर्यावरणीय घटक प्रारंभिक संतुलनानंतरही सतत असमतोल निर्माण करतो.

असंतुलित पेशी बॅटरी पॅकचे आयुष्य 30% पर्यंत कमी करू शकतात, विशेषत: LiFePO4 किंवा NMC सारख्या रसायनांमध्ये. चार्जिंग कधी थांबले पाहिजे आणि डिस्चार्ज केव्हा त्याची मर्यादा गाठते हे सर्वात कमकुवत सेल निर्धारित करते

ए मध्ये तीन प्राथमिक यंत्रणा पेशी शिल्लक बाहेर काढतातलिथियम आयन बॅटरी पॅक:

शुल्कातील फरकांची स्थितीअसेंब्ली दरम्यान सेल असमान चार्ज लेव्हलसह सुरू होतात किंवा वेगळे स्व-डिस्चार्ज दर विकसित करतात तेव्हा उदयास येतात. एक सेल त्याच्या शेजाऱ्यांपेक्षा 0.1% वेगाने डिस्चार्ज करेल, पुनरावृत्ती चक्रानंतर 4.4% कमी होईल, जसे की बॅटरी रसायनशास्त्र संशोधनात नोंदवले गेले आहे.

क्षमता जुळत नाहीघडतात कारण कोणत्याही दोन पेशी एकसारखी ऊर्जा साठवण्याची क्षमता नसतात. मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रिया 2-5% क्षमतेच्या भिन्नतेसह सेल तयार करतात अगदी घट्ट वैशिष्ट्यांमध्ये. पेशींचे वय वेगवेगळ्या दराने होत असताना, हा फरक वाढत जातो.

प्रतिबाधा भिन्नतापेशी वर्तमान प्रवाहाला वेगळ्या पद्धतीने प्रतिसाद देतात. काही पेशींमध्ये उच्च अंतर्गत प्रतिकार म्हणजे चार्जिंगच्या वेळी ते लवकर व्होल्टेज मर्यादेपर्यंत पोहोचतात आणि डिस्चार्ज दरम्यान कटऑफ व्होल्टेजवर वेगाने खाली येतात.

जर जास्तीत जास्त चार्जिंग व्होल्टेज फक्त 10% ने ओलांडले तर, ऱ्हास दर 30% ने वाढतो. व्होल्टेज आणि डिग्रेडेशनमधील हा घातांकीय संबंध दीर्घायुष्यासाठी अचूक संतुलनास महत्त्वपूर्ण बनवतो.

Cell Balancing

पॅसिव्ह बॅलन्सिंग उच्च चार्ज केलेल्या पेशींमधून अतिरिक्त ऊर्जा-रोधकांद्वारे उष्णता म्हणून काढून टाकते. प्रणाली प्रत्येक सेलच्या व्होल्टेजवर लक्ष ठेवते आणि लक्ष्य पातळीच्या वरच्या पेशींमधून चार्ज बंद करण्यासाठी बायपास प्रतिरोधक सक्रिय करते.

हार्डवेअर सरळ आहे: प्रत्येक सेल शंट रेझिस्टरला स्विचद्वारे जोडतो, विशेषत: MOSFET. जेव्हा बॅटरी मॅनेजमेंट सिस्टमला सेल व्होल्टेज थ्रेशोल्डपेक्षा जास्त असल्याचे आढळून येते, तेव्हा ते सेलचे स्विच बंद करते, जोपर्यंत व्होल्टेज समान होत नाही तोपर्यंत रेझिस्टरद्वारे विद्युत् प्रवाह राउटिंग करते.

4S ते 16S लिथियम पॅकसाठी ठराविक निष्क्रिय सेल बॅलेंसिंग सर्किटमध्ये, प्रत्येक सेल चॅनेलमध्ये तीन मुख्य घटक असतात: एक रक्तस्त्राव प्रतिरोधक (सामान्यत: 33Ω ते 68Ω 0.25–0.5W रेटिंगवर), एक N-चॅनेल, MOSFET द्वारे नियंत्रण आणि साइन गेट द्वारे कार्य करते. आयसी. जेव्हा IC ओळखतो की विशिष्ट सेल पॅकच्या संदर्भ व्होल्टेजच्या वर बसला आहे, तेव्हा तो MOSFET गेट उंच खेचतो. विद्युतप्रवाह नंतर त्या सेलच्या पॉझिटिव्ह टर्मिनलमधून, रेझिस्टरद्वारे, MOSFET ड्रेनद्वारे-स्रोत मार्गाकडे{10}}प्रवाह होतो आणि सेलच्या नकारात्मक टर्मिनलकडे परत येतो. रेझिस्टरमध्ये उष्णता म्हणून उर्जा पसरते-आणि काही प्रमाणात MOSFET च्या ऑन रेझिस्टन्समध्ये-, जी या सर्किट्समध्ये वापरल्या जाणाऱ्या कमी-साइड स्विचेससाठी सामान्यत: 100 mΩ पेक्षा कमी असते.

रेझिस्टर व्हॅल्यू थेट ट्रेडऑफ सेट करते. कमी प्रतिकार (22Ω म्हणा) 3.3V सेल व्होल्टेजवर सुमारे 150 mA वर उच्च रक्तस्त्राव प्रवाह-आणि जलद समीकरण देते, परंतु ते मॉड्यूलच्या आत अधिक उष्णता देखील निर्माण करते. घट्ट पॅक केलेल्या बॅटरी कॉन्फिगरेशनमध्ये जेथे थर्मल हेडरूम मर्यादित आहे, डिझायनर जास्त वेळ समतोल खिडक्यांच्या खर्चावर उष्णता निर्मिती नियंत्रणात ठेवण्यासाठी उच्च प्रतिकार मूल्ये निवडतात. काही बॅटरी सेल बॅलन्सिंग सर्किट डिझाईन्समध्ये ब्लीड रेझिस्टरवर किंवा त्याच्या जवळ थर्मिस्टर जोडले जाते, तापमान डेटा BMS ला परत पुरवला जातो ज्यामुळे स्थानिक तापमान खूप जास्त वाढल्यास ते बॅलन्सिंग करंट थ्रोटल करू शकते. हे बंद-लूप थर्मल मॅनेजमेंट बजेट BMS बोर्डांमध्ये असामान्य आहे परंतु औद्योगिक{10}}ग्रेड सिस्टीममध्ये मानक आहे जेथे पॅक उच्च भारांवर सतत चालतो.

ऑपरेटिंग पॅरामीटर्स: ठराविक निष्क्रिय प्रणाली 50-200 mA दरम्यान बायपास करंट वापरतात. लिथियम-आयन ऍप्लिकेशन्ससाठी 20-100 ohms पर्यंतची सामान्य मूल्ये किती लवकर विरघळतात- हे बॅलन्सिंग रेझिस्टर मूल्य निर्धारित करते.

पॅकमध्ये बाह्य उर्जा स्त्रोत असतो तेव्हा ही पद्धत चार्जिंग दरम्यान सर्वोत्तम कार्य करते. लिथियम-आयन बॅटरीमध्ये खूप कमी स्वयं-डिस्चार्ज, जेथे प्रति चक्र संचयी असंतुलन सामान्यतः 0.1% पेक्षा कमी असते, पॅक सतत संतुलित ठेवण्यासाठी अंतर्गत FETs चे बायपास करंट पुरेसे असते.

फायदे: कमी किमतीची, साधी सर्किटरी आणि उच्च विश्वासार्हता यामुळे ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स आणि लहान बॅटरी पॅकसाठी मानक पर्याय निष्क्रिय संतुलन बनवतात. घटक मोठ्या डिझाइन बदलांशिवाय विद्यमान बॅटरी व्यवस्थापन प्रणालीमध्ये सहजपणे समाकलित होतात.

पॅसिव्ह बॅलन्सिंग 48V च्या खाली लिथियम आयन सेल बॅलेंसिंगसाठी डीफॉल्ट राहते कारण गणित साधेपणाला अनुकूल आहे. 7S पॅकमध्ये जिथे पेशी 200 चक्रांमध्ये 30-50 mV ने वाहतात, 68Ω ब्लीड रेझिस्टर ड्रॉइंग 50 mA प्रति चार्ज सत्रात दोन तासांपेक्षा कमी वाहते ते दुरुस्त करते. प्रति समतोल इव्हेंटमध्ये वाया जाणारी उर्जा प्रति सेल अंदाजे 0.15 Wh असते- 5-10% क्षमतेच्या तुलनेत नगण्य असते ज्यामुळे सर्व सेल घट्ट व्होल्टेज संरेखनमध्ये ठेवून पॅक पुनर्प्राप्त होतो. पॉवर टूल्स, e{14}}बाईक आणि पोर्टेबल वैद्यकीय उपकरणांसारख्या ऍप्लिकेशन्ससाठी, हा निष्क्रिय सेल बॅलन्सिंग दृष्टीकोन गोड स्पॉटवर पोहोचतो जिथे रक्तस्त्राव बंद असताना गमावलेल्या ऊर्जेची किंमत सक्रिय पद्धतींनी मागणी केलेल्या अतिरिक्त पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्सच्या किमतीपेक्षा खूपच कमी आहे.

मर्यादा: उर्जा कचरा हा प्राथमिक दोष आहे - 100% जास्त चार्ज कमी झालेल्या पेशींमध्ये हस्तांतरित करण्याऐवजी उष्णतेमध्ये रूपांतरित होतो. हे एकूण प्रणाली कार्यक्षमता कमी करते आणि अनुप्रयोगांसाठी निष्क्रिय संतुलन मर्यादित करते जेथे वेळेचे बंधन नसते. डिस्चार्ज दरम्यान, निष्क्रिय संतुलन रनटाइम कमी करते कारण ते केवळ ऊर्जा पुनर्वितरण करण्याऐवजी काढून टाकते.

पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स वापरून सक्रिय बॅलन्सिंग उच्च-व्होल्टेज सेलपासून कमी-व्होल्टेज सेलपर्यंत चार्ज ट्रान्सफर करते. उष्मा म्हणून उर्जा वाया घालवण्याऐवजी, प्रणाली तिला आवश्यक असलेल्या ठिकाणी हलवते.

तीन मुख्य टोपोलॉजी चार्ज हस्तांतरण हाताळतात:

कॅपेसिटिव्ह शटलिंगतात्पुरती ऊर्जा साठवण म्हणून कॅपेसिटर वापरते. सिस्टम कॅपेसिटरला उच्च-व्होल्टेज सेलशी जोडते, चार्ज करते, नंतर डिस्चार्जसाठी कमी-व्होल्टेज सेलवर स्विच करते. पेशी समान होईपर्यंत हे वारंवार घडते. ही पद्धत जवळच्या पेशींसाठी चांगली कार्य करते परंतु पॅकमधील लांब अंतरावर ती अकार्यक्षम होते.

आगमनात्मक संतुलनपेशींमध्ये ऊर्जा हस्तांतरित करण्यासाठी इंडक्टर किंवा ट्रान्सफॉर्मर नियुक्त करते. DC-डीसी कन्व्हर्टर चार्ज एका सेलमधून दुसऱ्या सेलमध्ये हलवण्यासाठी आवश्यक व्होल्टेज रूपांतरण हाताळतात. अलीकडील संशोधन दर्शविते की चार्जिंग दरम्यान पारंपारिक पद्धतींच्या 9.2 तासांच्या तुलनेत हायब्रीड ड्युटी सायकल बॅलन्सिंग पद्धतीने 6.0 तासांमध्ये समानता प्राप्त केली.

द्विदिशात्मक DC{{0}DC कन्व्हर्टरसर्वात लवचिक दृष्टीकोन ऑफर करते, पॅकमधील कोणत्याही पेशी दरम्यान किंवा वैयक्तिक पेशी आणि संपूर्ण पॅक दरम्यान ऊर्जा हस्तांतरणास अनुमती देते. हे टोपोलॉजी मोठे विद्युत प्रवाह हाताळते-आधुनिक प्रणाली कन्व्हर्टर डिझाइनवर अवलंबून 2.5-10A संतुलित प्रवाहांना समर्थन देते.

पॉवर आधारित बॅलन्सिंग अल्गोरिदमची-स्थिती-बॅलन्सिंगशिवाय पॅकच्या तुलनेत वापरण्यायोग्य क्षमता १६% ने सुधारली. नवीन SoP दृष्टीकोन केवळ व्होल्टेज किंवा चार्ज स्थिती ऐवजी वास्तविक उर्जा क्षमतेवर आधारित शिल्लक आहे, जे भिन्न क्षमता असलेल्या जुन्या बॅटरीसाठी विशेषतः प्रभावी सिद्ध होते.

कामगिरी मेट्रिक्स: सक्रिय प्रणाली सामान्यत: 85-95% ऊर्जा हस्तांतरण कार्यक्षमता प्राप्त करतात. जटिलतेमध्ये अधिक घटक-स्विच, इंडक्टर्स, कॅपेसिटर आणि कंट्रोल सर्किटरी समाविष्ट असतात-ज्यामुळे किंमत आणि भौतिक जागेची आवश्यकता दोन्ही वाढते.

सर्किट अंमलबजावणीच्या दृष्टिकोनातून, उत्पादन BMS बोर्डांमध्ये सर्वात व्यापकपणे दत्तक सक्रिय सेल बॅलन्सिंग सर्किट स्विच केलेले-इंडक्टर टोपोलॉजी वापरते. शेजारील पेशींची प्रत्येक जोडी एक लहान इंडक्टर (सामान्यत: 10-47 µH) आणि दोन MOSFET सामायिक करते. कंट्रोलर गेट सिग्नलला पर्यायी बदल करतो: पहिल्या सहामाहीत-चक्र दरम्यान, विद्युत् प्रवाह उच्च-व्होल्टेज सेलमधून इंडक्टरमधून वाहतो, त्याच्या चुंबकीय क्षेत्रात ऊर्जा साठवतो. दुसऱ्या सहामाहीत-चक्र, संचयित ऊर्जा जवळच्या लोअर-व्होल्टेज सेलमध्ये सोडली जाते. स्विचिंग फ्रिक्वेन्सी सहसा 50-200 kHz दरम्यान येते, इंडक्टरचा आकार लहान ठेवण्यासाठी पुरेसा जास्त असतो परंतु स्विचिंग नुकसान मर्यादित करण्यासाठी पुरेसे कमी असते.

ग्रिड स्टोरेज किंवा जड उपकरणांसाठी मोठ्या बॅटरी पॅकमध्ये सामान्य नसलेल्या-लगतच्या सेलमध्ये चार्ज ट्रान्सफर आवश्यक असलेल्या सिस्टमसाठी-फ्लायबॅक कन्व्हर्टर टोपोलॉजी अधिक व्यावहारिक आहे. मल्टी-वाइंडिंग ट्रान्सफॉर्मर कोणत्याही एका सेलला संपूर्ण पॅक बसमध्ये ऊर्जा हस्तांतरित करण्यास किंवा पॅक बसला संपलेल्या सेलला फीड करण्यासाठी, भौतिक स्थितीकडे दुर्लक्ष करण्यास अनुमती देते. हा सेल-टू-पॅक आर्किटेक्चर कॅस्केडिंग विलंब काढून टाकतो जो सीरिजमधील अनेक सेलवर चार्ज हलवताना शेजारील-सेल पद्धतींना त्रास होतो. ट्रेडऑफ ट्रान्सफॉर्मर आकार आणि किंमत आहे: प्रत्येक सेल टॅपला स्वतःचे दुय्यम वळण आवश्यक आहे आणि ट्रान्सफॉर्मर कोरने संपृक्ततेशिवाय शिखर प्रवाह हाताळला पाहिजे. फ्लायबॅक कन्व्हर्टरवर आधारित सक्रिय बॅलन्सिंग तंत्रज्ञान 48V वरील ॲप्लिकेशन्समध्ये वर्चस्व गाजवते जिथे जवळच्या सेल शटलिंगवर वेगाचा फायदा जोडलेल्या BOM खर्चाला न्याय्य ठरतो.

सक्रिय संतुलन कधी वापरावे: इलेक्ट्रिक वाहने, ग्रिड स्टोरेज सिस्टीम आणि औद्योगिक उपकरणांसाठी लिथियम आयन बॅटरी पॅकचे मोठे-स्वरूपउच्च खर्चाचे औचित्य सिद्ध करा. जेव्हा पॅक क्षमता 10 kWh पेक्षा जास्त असेल किंवा कार्यान्वित असताना जलद टर्नअराउंड महत्त्वाचे असेल तेव्हा सुधारित कार्यक्षमता आणि वेगवान बॅलन्सिंग वेळा गुंतवणुकीवर चांगला परतावा देतात.

दबॅटरी व्यवस्थापन प्रणाली आर्किटेक्चरलिथियम आयन पॅकमध्ये सेल बॅलेंसिंगसाठी जबाबदार एकल चिप नाही-ती एक स्तरित आर्किटेक्चर आहे. बहुतेक उत्पादन-ग्रेड सिस्टम मास्टर-स्लेव्ह टोपोलॉजीचे अनुसरण करतात. स्लेव्ह बोर्ड प्रत्येक बॅटरी मॉड्यूलवर थेट बसतात, समर्पित मॉनिटर ICs द्वारे वैयक्तिक सेल व्होल्टेज आणि तापमान मोजतात. मास्टर कंट्रोलर हा डेटा एकत्रित करतो, बॅलन्सिंग अल्गोरिदम चालवतो आणि एका वेगळ्या कम्युनिकेशन बसवर गुलामांना परत कमांड जारी करतो.

घटक स्तरावर, प्रत्येक स्लेव्ह बोर्ड नमुना व्होल्टेजसाठी मल्टीसेल बॅटरी मॉनिटर IC वर अवलंबून असतो. हे ICs 6 ते 18 मालिकेतील कोठेही मोजतात-कनेक्ट सेल प्रति डिव्हाइस, चांगल्या प्रकारे डिझाईन केलेल्या सिस्टममध्ये 1.5 mV च्या खाली एकूण मापन त्रुटी असते-. 96-सेल EV पॅकमध्ये सेल बॅलन्स व्यवस्थापित करणाऱ्या BMS साठी, डेझी-साखळी किंवा ॲड्रेस करण्यायोग्य बस कॉन्फिगरेशनद्वारे आठ किंवा अधिक मॉनिटर IC चेन एकत्र करतात. मॉनिटर IC प्रत्येक सेल टॅपसाठी ॲनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण हाताळतो, तसेच प्रत्येक चॅनेलसाठी बॅलेंसिंग स्विच नियंत्रित करणारे गेट सिग्नल देखील चालवतो.

स्लेव्ह मॉड्यूल आणि मास्टर कंट्रोलर यांच्यातील संप्रेषण सामान्यत: ऑटोमोटिव्ह आणि औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये CAN बस किंवा लहान ग्राहक पॅकसाठी I2C वर चालते. CAN मोटर्स आणि इन्व्हर्टर्सच्या जवळ इलेक्ट्रिकली गोंगाटयुक्त वातावरणात आवश्यक आवाज प्रतिकारशक्ती देते, म्हणूनच इलेक्ट्रिक वाहन सेल बॅलेंसिंगसाठी डिझाइन केलेल्या बहुतेक बॅटरी व्यवस्थापन प्रणाली या प्रोटोकॉलमध्ये डीफॉल्ट असतात. मास्टर कंट्रोलर-अनेकदा समर्पित मायक्रोकंट्रोलर किंवा DSP-SOC अंदाज मॉडेल कार्यान्वित करतो, कोणत्या सेलला चार्ज पुनर्वितरण आवश्यक आहे हे ठरवतो आणि ड्यूटी सायकल किंवा चालू/बंद आदेश परत पाठवतो ज्याचे स्लेव्ह बोर्ड MOSFET गेट सिग्नलमध्ये भाषांतर करतात.

हा स्तरित दृष्टीकोन महत्त्वाचा आहे कारण BMS संतुलनापेक्षा अधिक कार्य करते. ओव्हरकरंट प्रोटेक्शन, ओव्हरव्होल्टेज कटऑफ, अंडरव्होल्टेज लॉकआउट आणि थर्मल शटडाउन सर्व समान मॉनिटरिंग हार्डवेअर सामायिक करतात. जेव्हा मॉनिटर IC ला सेल व्होल्टेज सुरक्षित मर्यादेपेक्षा जास्त असल्याचे आढळून येते, तेव्हा ते स्वतंत्रपणे मास्टर कंट्रोलरच्या मतदान चक्रापेक्षा जास्त वेगवान-मायक्रोसेकंदांमध्ये संरक्षण प्रतिसाद ट्रिगर करू शकते. बॅलन्सिंग फंक्शन आणि प्रोटेक्शन फंक्शन सेन्सर डेटा शेअर करतात परंतु वेगवेगळ्या टाइम स्केलवर कार्य करतात: संरक्षण मायक्रोसेकंदमध्ये कार्य करते, तर बॅटरी पॅक बॅलन्सिंग अल्गोरिदम मिनिटे किंवा तासांमध्ये कार्य करते. हे पृथक्करण समजून घेणे हे स्पष्ट करण्यात मदत करते की बॅलन्स रूटीनमध्ये सॉफ्टवेअर दोष आढळला तरीही BMS सेलचे संरक्षण का करू शकते.

बॅटरी पॅक बॅलन्सिंगसाठी BMS निवडणाऱ्या अभियंत्यांसाठीऔद्योगिक उपकरणे जसे की फोर्कलिफ्ट, एजीव्ही आणि खाण वाहने-मूल्यांकन करण्यासाठी मुख्य तपशील म्हणजे समतोल करंट-ते-क्षमता गुणोत्तर. 100 mA पॅसिव्ह बॅलन्सिंग करंट 10 Ah पॅक (क्षमतेच्या 1%) वर चांगले कार्य करते, परंतु 400 Ah फोर्कलिफ्ट बॅटरीवर ती केवळ 0.025% क्षमतेचे प्रतिनिधित्व करते, याचा अर्थ 2% SOC स्प्रेड दुरुस्त करण्यासाठी सतत चार्जिंगसाठी दिवस लागू शकतात. इंडस्ट्रियल बॅटरी मॅनेजमेंट सिस्टीम एकतर निष्क्रिय बॅलेंसिंग करंट्स 500 mA–1A पर्यंत योग्य रेट केलेले प्रतिरोधक आणि थर्मल मॅनेजमेंटसह वाढवून किंवा सेल दरम्यान 2-5A हलविण्यास सक्षम सक्रिय बॅलन्सिंग मॉड्यूल्स एकत्रित करून संबोधित करतात. BMS स्पेसिफिकेशन शीटमध्ये कमाल बॅलन्सिंग करंट आणि सेलची संख्या या दोन्हींची सूची असणे आवश्यक आहे जे ते एकाच वेळी संतुलित करू शकतात-काही कमी-किंमत समांतर ऐवजी क्रमशः शिल्लक सेल डिझाइन करते, जे असंतुलित सेलच्या संख्येने समानीकरण वेळ गुणाकार करते.

दबॅटरी व्यवस्थापन प्रणालीअनेक पॅरामीटर्सच्या आधारे सेल कधी आणि किती आक्रमकपणे संतुलित करायचे ते ठरवते:

व्होल्टेज-आधारित संतुलनजेव्हा सेल व्होल्टेज फरक थ्रेशोल्ड ओलांडतो तेव्हा ट्रिगर होतो, लिथियम-आयन रसायनांसाठी सामान्यत: 10-50 mV. BMS सर्वात कमी सेल व्होल्टेज ओळखतो, नंतर त्या किमान परिभाषित श्रेणीतील सर्व सेल संतुलित करते. हा सोपा दृष्टीकोन विश्वासार्हपणे कार्य करतो परंतु सेलमधील क्षमतेच्या फरकासाठी जबाबदार नाही.

शुल्क संतुलन स्थितीप्रत्येक सेलची चार्ज पातळी त्याच्या कमाल क्षमतेच्या सापेक्ष निर्धारित करण्यासाठी SOC अंदाज अल्गोरिदम वापरते. ही पद्धत व्होल्टेज-आधारित पध्दतींपेक्षा अधिक अचूक सिद्ध करते कारण ती क्षमता भिन्नतेसाठी जबाबदार आहे. BMS समान व्होल्टेजऐवजी समान SOC टक्केवारीकडे संतुलन राखते.

शक्ती संतुलन स्थितीनवीनतम दृष्टीकोन दर्शविते, विशेषतः बॅटरीच्या वयानुसार संबंधित. ही पद्धत वेगवेगळ्या क्षमतेच्या जुन्या बॅटरीसाठी योग्य आहे कारण ती केवळ SOC टक्केवारी किंवा व्होल्टेज मूल्यांवर अवलंबून न राहता वास्तविक चार्जवर आधारित संतुलन राखते.

वेळेची महत्त्वाची: बाह्य उर्जा स्त्रोत उपलब्ध असल्याने चार्जिंग दरम्यान संतुलन राखणे निष्क्रिय प्रणालीसाठी सर्वात जास्त अर्थपूर्ण आहे. सक्रिय प्रणाली चार्जिंग, डिस्चार्जिंग किंवा विश्रांती कालावधी दरम्यान संतुलित करू शकतात. काही प्रगत BMS डिझाईन्स सतत बॅलन्सिंग लागू करतात, जेव्हा जेव्हा पॅक चालते तेव्हा सेल चार्जेस समायोजित करतात.

कॉन्फिगरेशन थ्रेशोल्ड: बॅलन्सिंग व्होल्टेज साधारणपणे लिथियम आयर्न फॉस्फेट पेशींसाठी सुमारे 3.5V सेट करते, जे अंदाजे 5-10% चार्ज स्थिती दर्शवते. सेलमधील कमाल व्होल्टेज फरक सामान्यत: 10 mV ला लक्ष्य करतो, जरी काही ऍप्लिकेशन्स कडक सहिष्णुतेसाठी परिष्कृत करण्यापूर्वी जलद बल्क बॅलेंसिंगसाठी 20 mV वापरतात.

उच्च उर्जा पातळी, विस्तृत तापमान श्रेणी आणि वारंवार चार्ज-डिस्चार्ज सायकलमुळे इलेक्ट्रिक वाहने सेल बॅलेंसिंगची सर्वाधिक मागणी करतात.

सामान्य EV बॅटरी पॅकमध्ये 96-400 सेल सीरिजमध्ये असतात, बहुतेक वेळा 24 समांतर-कनेक्ट केलेल्या सेलच्या मॉड्यूलमध्ये आयोजित केले जातात. प्रत्येक मॉड्यूलमधील समांतर पेशी नैसर्गिकरित्या संतुलित ठेवतात, परंतु मालिका-कनेक्ट केलेल्या मॉड्यूल्सना सक्रिय व्यवस्थापन आवश्यक असते.

सक्रिय सेल बॅलन्सिंग मार्केट 2024 मध्ये $1.41 बिलियनवर पोहोचले आणि 2033 पर्यंत वार्षिक 18.2% वाढीचा प्रकल्प. हा विस्तार थेट इलेक्ट्रिक वाहन उत्पादन स्केलिंगशी संबंधित आहे, विशेषत: आशियामध्ये जेथे चीन, जपान आणि दक्षिण कोरिया उत्पादन आणि दत्तक दोन्हीमध्ये आघाडीवर आहेत.

कार्यप्रदर्शन आवश्यकता: EV बॅलन्सिंग सिस्टीमने 100+ सेल हाताळले पाहिजेत, तापमान श्रेणी -20 अंश ते 60 अंशांपर्यंत ऑपरेट करणे आवश्यक आहे आणि प्रवेग आणि पुनरुत्पादक ब्रेकिंग दरम्यान वेगवान उर्जा मागणीला काही सेकंदात प्रतिसाद देणे आवश्यक आहे.

प्रगत समतोल टोपोलॉजीजच्या प्रायोगिक प्रमाणीकरणाने डिस्चार्ज ऑपरेशन दरम्यान चार-सेल सीरीज पॅकसाठी अंदाजे 400 सेकंदात SOC अभिसरण प्राप्त केले. हे 96+ सेलसह प्रोडक्शन EV पॅकसाठी स्केल करण्यासाठी अत्याधुनिक नियंत्रण अल्गोरिदम आणि उच्च-कार्यक्षमता पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्सची आवश्यकता आहे.

ऑटोमोटिव्ह इंडस्ट्री सक्रिय सिस्टीमची उत्कृष्ट कामगिरी असूनही प्रामुख्याने निष्क्रिय संतुलनाचा वापर करते. ग्राहक वाहनांमधील खर्च संवेदनशीलता, बहुतेक ड्रायव्हिंग पॅटर्नसाठी पुरेशा निष्क्रिय संतुलनासह, सोपा दृष्टीकोन आर्थिकदृष्ट्या आकर्षक बनवते. तथापि, उच्च-कार्यक्षमता असलेली ईव्ही आणि व्यावसायिक वाहने त्यांच्या कार्यक्षमतेच्या वाढीसाठी सक्रिय संतुलनाचा अवलंब करतात.

इलेक्ट्रिक वाहनांमधील सेल बॅलन्सिंगला स्थिर स्टोरेजमध्ये अनुपस्थित असलेल्या रिजनरेटिव्ह ब्रेकिंग-सदृश परिस्थितीचा सामना करावा लागतो. पुनरुत्पादक घटनांदरम्यान, उच्च नाडी प्रवाह एका सेकंदाच्या अपूर्णांकांसाठी पॅकमध्ये परत वाहतात, ज्यामुळे क्षणिक व्होल्टेज स्पाइक्स तयार होतात जे त्यांच्या वैयक्तिक प्रतिबाधावर आधारित पेशींमध्ये भिन्न असतात. इलेक्ट्रीक वाहनांमध्ये सेल बॅलन्सिंग हाताळणाऱ्या BMS ने या क्षणिक स्पाइक्सला अस्सल SOC असंतुलनापासून वेगळे करणे आवश्यक आहे जेणेकरून अनावश्यक बॅलन्सिंग क्रिया सुरू होऊ नयेत. बहुतेक ऑटोमोटिव्ह बीएमएस डिझाईन्स व्होल्टेज मोजण्यासाठी कमी-पास फिल्टर लागू करून किंवा बॅलन्सिंग सुरू करण्यापूर्वी अनेक सलग सॅम्पलिंग विंडोमध्ये व्होल्टेज डेल्टा टिकवून ठेवण्यासाठी आवश्यक आहे. हे फिल्टरिंग लॉजिक क्लिष्टता वाढवते परंतु सामान्य ड्रायव्हिंग डायनॅमिक्समुळे उद्भवलेल्या फॅन्टम असंतुलनाचा पाठलाग करण्यापासून सिस्टमला प्रतिबंधित करते.

Cell Balancing

योग्य सेल बॅलन्सिंग अनेक यंत्रणांद्वारे बॅटरीचे आयुष्य वाढवते:

वैयक्तिक पेशींवर कमी ताण: जेव्हा सर्व पेशी समान SOC जवळ कार्य करतात, तेव्हा कोणत्याही एका पेशीला वारंवार ओव्हरचार्ज किंवा डीप डिस्चार्ज घटनांचा अनुभव येत नाही. हे एकसमान उपचार संपूर्ण पॅकमध्ये क्षमता कमी करते.

तापमान व्यवस्थापन: संतुलित पेशी अधिक एकसमान उष्णता वितरण निर्माण करतात. असंतुलित पॅक हॉट स्पॉट्स विकसित करतात जेथे जास्त चार्ज केलेल्या पेशी अधिक ऊर्जा नष्ट करतात, थर्मल ग्रेडियंट तयार करतात जे प्रभावित भागात वृद्धत्व वाढवतात.

व्होल्टेज अनुपालन: पेशींना इष्टतम व्होल्टेज रेंजमध्ये ठेवल्याने ओव्हरचार्ज दरम्यान एनोड्सवर लिथियम मेटल प्लेटिंग तयार होण्यास प्रतिबंध होतो आणि ओव्हरचार्ज दरम्यान तांबे विरघळणे टाळते-. दोन्ही परिस्थिती कायमस्वरूपी पेशींची क्षमता कमी करतात.

चांगले जुळलेले सेल आणि योग्य बॅलन्सिंग असलेले बॅटरी पॅक-सेल बॅलन्स आणि दीर्घायुष्य यांच्यातील मजबूत संबंध दर्शवतात, 12% क्षमतेच्या विसंगततेमुळे 18 चक्रांमध्ये उत्कृष्ट कामगिरी कमी होते.

सुरक्षा परिणाम कार्यक्षमतेच्या पलीकडे वाढतात:

ओव्हरचार्ज लिथियम पेशी धोकाथर्मल पलायन-साखळी प्रतिक्रिया ज्यामध्ये वाढत्या तापमानामुळे जास्त उष्णता निर्माण करणाऱ्या रासायनिक अभिक्रिया होतात. सकारात्मक फीडबॅक लूपमुळे आग किंवा स्फोट होऊ शकतो. पॅकमधील इतर पेशी सुरक्षित पातळीवर राहिल्या तरीही सेल बॅलन्सिंग वैयक्तिक पेशींना धोकादायक ओव्हरव्होल्टेज स्थितीपर्यंत पोहोचण्यापासून प्रतिबंधित करते.

BMS अनेक स्वतंत्र संरक्षण स्तरांसह सेल बॅलन्सिंग समाकलित करते जे समान मॉनिटरिंग हार्डवेअर सामायिक करतात. जेव्हा कोणत्याही सेलने कठोर मर्यादा ओलांडली तेव्हा ओव्हरव्होल्टेज संरक्षण ट्रिगर करते अंडरव्होल्टेज संरक्षण डिस्चार्ज दरम्यान उलट कार्य करते, कोणताही सेल 2.5-2.8V पेक्षा कमी होण्याआधी लोडचा मार्ग कापतो. ओव्हरकरंट आणि शॉर्ट{10} सर्किट डिटेक्शन मुख्य बसवर शंट रेझिस्टर किंवा हॉल सेन्सर वापरतात, प्रोग्राम केलेल्या थ्रेशोल्डशी मोजलेल्या प्रवाहाची तुलना करतात.

बॅटरी व्यवस्थापन आणि सेल दीर्घायुष्यासाठी हे एकत्रीकरण महत्त्वपूर्ण बनवते ते म्हणजे प्रतिसाद वेळेची श्रेणीक्रम. संरक्षण कार्ये मायक्रोसेकंद स्केलवर कार्य करतात कारण ते तीव्र धोक्यांना संबोधित करतात. सेल बॅलन्सिंग फंक्शन, याउलट, काही मिनिटांपासून तासांपर्यंत चालते कारण ते हळूहळू वाहणे दुरुस्त करते. बॅटरी मॅनेजमेंट सिस्टीममध्ये सुस्थापित केलेल्या -बीएमएसमुळे या दोन फंक्शनमध्ये कधीही विरोध होत नाही-उदाहरणार्थ, पॅकचे तापमान थर्मल थ्रेशोल्ड ओलांडल्यावर किंवा चार्जर स्पंदित करंट वितरीत करते जे व्होल्टेज सॅम्पलिंग अचूकतेमध्ये व्यत्यय आणू शकते तेव्हा ते बॅलन्सिंग ऑपरेशन्स निलंबित करते. वेगवान संरक्षण आणि धीमे समानीकरण यांच्यातील हा समन्वय उत्पादन-गुणवत्ता बीएमएसला हॉबीस्ट-ग्रेड बोर्डपासून वेगळे करतो जे संतुलन आणि संरक्षणास पूर्णपणे स्वतंत्र उपप्रणाली मानतात.

गंभीर असंतुलनाच्या शारीरिक चेतावणी चिन्हांमध्ये सेल सूज, चार्जिंग दरम्यान उष्णता निर्माण होणे आणि वापरादरम्यान जलद व्होल्टेज थेंब यांचा समावेश होतो. ही लक्षणे सुरक्षेच्या घटना टाळण्यासाठी पॅकला त्वरित सेवा किंवा बदलण्याची आवश्यकता असल्याचे सूचित करतात.

वेगवेगळ्या वापराच्या प्रकरणांमध्ये भिन्न संतुलन पध्दती आवश्यक आहेत:

ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स(फोन, लॅपटॉप, पॉवर टूल्स): पॅसिव्ह बॅलन्सिंग 24V अंतर्गत पॅकसाठी 6-8 सेल्स सीरिजमध्ये पुरेसे आहे. कमी किमतीत ऍप्लिकेशनच्या किमतीच्या संवेदनशीलतेशी जुळते आणि चार्जिंग पीरियड्स निष्क्रिय सिस्टीमना सेल बरोबरीसाठी पुरेसा वेळ देतात.

इलेक्ट्रिक वाहने: सक्रिय संतुलन शेकडो मालिका सेलसह 400V वरील पॅकसाठी किंमत-प्रभावी बनते. वेगवान संतुलन आणि उच्च कार्यक्षमता अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक्स जटिलतेचे समर्थन करते.

ग्रिड ऊर्जा स्टोरेज: मेगावाट-तास ऊर्जा संचयित करणाऱ्या प्रचंड बॅटरी सिस्टमला अत्याधुनिक सक्रिय संतुलन आवश्यक असते. बॅटरी सेल बॅलन्सिंग सिस्टम मार्केट 2024 मध्ये $1.82 बिलियन पर्यंत पोहोचले आणि 2033 पर्यंत 18.7% वाढीचा प्रकल्प केला, जो मोठ्या प्रमाणात युटिलिटी-स्केल स्टोरेज डिप्लॉयमेंटद्वारे चालविला गेला.

एरोस्पेस आणि वैद्यकीय उपकरणे: हे ऍप्लिकेशन्स सर्वाधिक विश्वासार्हतेची मागणी करतात आणि खर्चाची पर्वा न करता अनेकदा सक्रिय संतुलन निर्दिष्ट करतात. विमान किंवा जीवनात बॅटरी बिघाडाचे परिणाम-समर्थन उपकरणे प्रीमियम सोल्यूशन्सचे समर्थन करतात.

अभियंते संतुलित लक्ष्य कसे सेट करतात हे दोन तत्त्वज्ञान मार्गदर्शन करतात:

शीर्ष संतुलनसर्व सेल एकाच वेळी 100% SOC पर्यंत पोहोचतील याची खात्री करून, पूर्ण चार्ज झाल्यावर पेशी समान करते. हा दृष्टिकोन प्रत्येक डिस्चार्ज सायकल दरम्यान उपलब्ध क्षमता वाढवतो. ई-बाइक आणि सोलर स्टोरेज सिस्टीम बऱ्याचदा टॉप बॅलन्सिंगचा वापर करतात कारण वापरकर्ते डीप डिस्चार्जपासून संरक्षण करण्यापेक्षा पूर्ण क्षमतेच्या उपलब्धतेला प्राधान्य देतात.

तळ समतोलसर्व पेशी एकाच वेळी रिकाम्या पोचण्याची खात्री करून, चार्जच्या कमी अवस्थेत पेशी समान करते. ही रणनीती अधिक-डिस्चार्जच्या नुकसानापासून चांगले संरक्षण प्रदान करते आणि खोल डिस्चार्ज ऐवजी वारंवार उथळ चक्र असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी चांगले कार्य करते.

निवड वापराच्या पद्धती आणि प्राधान्यांवर अवलंबून असते. क्षमतेवर जोर देणारे ॲप्लिकेशन्स (श्रेणी चिंता असलेल्या इलेक्ट्रिक वाहनांसारखे) टॉप बॅलन्सिंगला अनुकूल असतात. दीर्घायुष्य आणि सुरक्षिततेला प्राधान्य देणारे ॲप्लिकेशन (जसे की बॅकअप पॉवर सिस्टम) अनेकदा तळाशी संतुलन निवडतात.

काही प्रगत प्रणाली संकरित पध्दती अंमलात आणतात, क्षमता आणि दीर्घायुष्य दोन्ही अनुकूल करण्यासाठी पूर्ण आणि रिकाम्या स्थितीत संतुलन राखतात.

"चार्ज बॅलन्सिंग" हा शब्द काहीवेळा सेल बॅलन्सिंग बरोबर अदलाबदल करता येतो, परंतु अभियांत्रिकी सरावात त्याचा अर्थ कमी होतो. चार्ज बॅलन्सिंगचा अर्थ विशेषत: चार्जिंग टप्प्यात सेलमधील कुलॉम्बिक सामग्री-वास्तविक संचयित अँपिअर-तास-समान करणे होय. चार्ज बॅलेंसिंग करणारी BMS व्होल्टेज रीडिंगच्या बरोबरीने कूलॉम्ब मोजणी डेटाचे निरीक्षण करते, कोणत्या पेशींनी त्यांच्या शेजाऱ्यांपेक्षा कमी चार्ज स्वीकारला आहे हे निर्धारित करण्यासाठी, त्यानंतर बायपास किंवा त्यानुसार प्रवाह स्थानांतरित करते. हे व्होल्टेज-आधारित समीकरणापेक्षा वेगळे आहे, जे जेव्हा पेशी त्यांच्या डिस्चार्ज वक्रच्या सपाट भागावर बसतात तेव्हा वास्तविक क्षमतेतील फरक लपवू शकतात, विशेषत: LiFePO4 रसायनशास्त्रासह.

बॅटरी संदर्भात लोड बॅलन्सिंग वेगळ्या समस्येचे निराकरण करते. समांतर सेल ग्रुप्सच्या पॅकमध्ये एकाधिक इन्व्हर्टर किंवा मोटर कंट्रोलर फीड करतात, लोड बॅलन्सिंग सुनिश्चित करते की कोणत्याही एका शाखेत डिस्चार्ज करंटचा असमान वाटा नसतो. समांतर स्ट्रिंग्समध्ये असमान वर्तमान वितरण ओव्हरलोड केलेल्या शाखेत वृद्धत्व वाढवते आणि हलक्या-लोड केलेल्या शाखांमध्ये क्षमता कमी करते. BMS हे प्रत्येक समांतर मार्गावर करंट-सेन्स रेझिस्टर किंवा हॉल-इफेक्ट सेन्सरद्वारे हाताळते, लोडचे पुनर्वितरण करण्यासाठी कॉन्टॅक्टर्स किंवा इलेक्ट्रॉनिक स्विच समायोजित करते. उच्च-पॉवर बॅटरी पॅकसाठी लोड बॅलन्सिंग वैयक्तिक सेल स्तराऐवजी स्ट्रिंग स्तरावर चालते, ते संपूर्ण पॅकचा जास्तीत जास्त वापर करण्यासाठी सेल-स्तरीय चार्ज बॅलन्सिंगला पूरक आहे. दोन्ही फंक्शन्स एकाच बॅटरी मॅनेजमेंट सिस्टममध्ये एकत्र असतात, सेन्सर इन्फ्रास्ट्रक्चर शेअर करतात परंतु स्वतंत्र कंट्रोल लूप चालवतात.

2024-2025 मध्ये प्रकाशित झालेले संशोधन अनेक उदयोन्मुख दिशा दाखवते:

मशीन लर्निंग इंटिग्रेशन: अलीकडील अभ्यास सात भिन्न अंदाज अल्गोरिदमचे मूल्यमापन करण्यासाठी R-वर्ग आणि सरासरी त्रुटी मेट्रिक्स वापरून, उर्वरित उपयुक्त जीवनाचा अंदाज लावण्यासाठी मशीन लर्निंग मॉडेलसह सक्रिय संतुलन एकत्र करतात. हे एकत्रीकरण अंदाजित सेल वृद्धत्वाच्या नमुन्यांवर आधारित सक्रिय संतुलन समायोजनास अनुमती देते.

कमी केलेले घटक डिझाइन: कादंबरी इंडक्टर-कमी स्विच संख्या वापरून आधारित बॅलन्सिंग सर्किट्स OPAL-RT 5700 सिस्टीमवर रिअल-टाइम हार्डवेअर-इन-लूप सिम्युलेशनद्वारे परिणामकारकता दर्शवतात. ही सरलीकृत टोपोलॉजी कार्यक्षमतेची देखभाल करताना कमी खर्च करतात.

AI-आधारित बॅटरी व्यवस्थापन प्रणाली: भविष्यातील विकास वायरलेस मॉनिटरिंगसाठी रिअल टाइम डेटा वापरून सिस्टमवर लक्ष केंद्रित करते, बॅटरी आरोग्य, SOC आणि दोष शोधणे याविषयी अचूक अंतर्दृष्टी प्रदान करते. कार्यक्षम ऊर्जा वापर सुनिश्चित करताना डाउनटाइम कमी करणे हे उद्दिष्ट आहे.

पॉवर अल्गोरिदमची-स्थिती-: व्होल्टेज आणि SOC- आधारित पध्दतींच्या पलीकडे जाणे, नवीन अल्गोरिदम प्रत्येक सेलच्या पॉवर वितरण क्षमतेचा विचार करतात. हे विशेषतः मौल्यवान सिद्ध होते कारण बॅटरीचे वय आणि सेल वैशिष्ट्ये त्यांच्या मूळ वैशिष्ट्यांपेक्षा भिन्न आहेत.

2024 मध्ये जागतिक सेल बॅलन्सिंग IC मार्केट $1.32 बिलियन पर्यंत पोहोचले, 2033 पर्यंत 7.4% चक्रवाढ वार्षिक वाढ दराने अंदाजित वाढ $2.51 अब्ज होईल. हा बाजार विस्तार सर्व ऍप्लिकेशन विभागांमध्ये समतोल समाधानामध्ये वाढत्या परिष्कृततेचे प्रतिबिंबित करतो.

बॅटरी पॅक डिझाइन करणाऱ्या अभियंत्यांनी अनेक घटक संतुलित केले पाहिजेत:

डिझाईन ट्रेडऑफमध्ये जाण्यापूर्वी, चार्ज सायकल दरम्यान बॅटरी पॅकमधील पेशींचे संतुलन कसे घडते हे शोधण्यात मदत होते. 16S LiFePO4 पॅकचा विचार करा जो स्थिर-चार्जिंगच्या शेवटी पोहोचेल. पेशी 3.55V जवळ येत असताना, प्रत्येक स्लेव्ह बोर्डवरील BMS मॉनिटर IC प्रत्येक 100-250 ms नंतर सर्व 16 सेल टॅपचे नमुने घेते. एकदा कोणत्याही एका सेलने प्रारंभ{10}}बॅलन्सिंग थ्रेशोल्ड-आयर्न फॉस्फेटसाठी 3.50V वर सेट केल्यानंतर{13}}BMS पॅकला "संतुलन मोडमध्ये" म्हणून ध्वजांकित करते. हे स्ट्रिंगमधील सर्वात कमी सेल व्होल्टेज ओळखते, त्यानंतर प्रत्येक सेलवर बायपास MOSFET सक्रिय करते ज्यांचे व्होल्टेज कॉन्फिगर केलेल्या डेल्टापेक्षा सर्वात कमी आहे, सामान्यत: 10-20 mV.

या बिंदूपासून, बॅलन्सिंग अल्गोरिदम रेग्युलेट-आणि-सेटल लूपमध्ये प्रवेश करते. BMS बायपास स्विचेस एका सेट मध्यांतरासाठी बंद ठेवते (बहुतेकदा 30-60 सेकंद), नंतर सर्व स्विच उघडते आणि सेल व्होल्टेज शून्य-वर्तमान परिस्थितीत स्थिर होण्यासाठी काही सेकंद प्रतीक्षा करते. हे नमुने पुन्हा-, स्प्रेडची पुनर्गणना करते आणि केवळ लक्ष्य विंडोच्या बाहेर असलेल्या सेलसाठी स्विच पुन्हा सक्रिय करते. हा अधूनमधून होणारा दृष्टीकोन अधिक-सुधारणा प्रतिबंधित करतो आणि लोड अंतर्गत सेल व्होल्टेज खरे उघडे{10}}सर्किट समतोल दर्शवत नाही. जोपर्यंत पॅक परिभाषित सहिष्णुतेमध्ये एकत्र होत नाही तोपर्यंत सायकलची पुनरावृत्ती-कधीकधी एकाधिक पूर्ण चार्ज सत्रांमध्ये{13}} होते. 50 mV प्रारंभिक स्प्रेड आणि 100 mA पॅसिव्ह बॅलन्सिंग करंट असलेल्या 16-सेल पॅकसाठी, 10 mV अभिसरण गाठण्यासाठी सेल क्षमता आणि तापमानानुसार 4-8 तास लागू शकतात.

वर्तमान वि वेग संतुलित करणे: उच्च समतोल प्रवाह पेशी जलद समान करतात परंतु अधिक उष्णता निर्माण करतात आणि अधिक मजबूत घटकांची आवश्यकता असते. विशिष्ट वैशिष्ट्ये लहान निष्क्रिय प्रणालींसाठी 50 एमए ते मोठ्या सक्रिय प्रणालींसाठी 10A पर्यंत आहेत.

घटक निवड: निष्क्रिय संतुलनासाठी MOSFET ला योग्य वर्तमान रेटिंग आणि कमी{0}} प्रतिकार आवश्यक आहे. आकार आणि खर्चाच्या मर्यादांचे व्यवस्थापन करताना लक्ष्य कार्यक्षमतेचे स्तर साध्य करण्यासाठी सक्रिय संतुलनासाठी काळजीपूर्वक इंडक्टर आणि कॅपेसिटर निवडणे आवश्यक आहे.

थर्मल व्यवस्थापन: निष्क्रिय संतुलन देखील उष्णता निर्माण करते जे जवळच्या पेशींना प्रभावित न करता नष्ट होणे आवश्यक आहे. सक्रिय प्रणाली प्रति सेल कमी उष्णता निर्माण करतात परंतु ती पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये केंद्रित करतात ज्यांना समर्पित कूलिंगची आवश्यकता असते.

BMS एकत्रीकरण: बॅलन्सिंग हार्डवेअरने संपूर्ण बॅटरी व्यवस्थापन प्रणालीशी संवाद साधला पाहिजे, नियंत्रण आदेश प्राप्त करताना व्होल्टेज आणि तापमान डेटा सामायिक केला पाहिजे. CAN बस सारखे मानक प्रोटोकॉल हे एकत्रीकरण सुलभ करतात.

अनेक मेट्रिक्स सिस्टम कार्यप्रदर्शन संतुलित करण्याचे मूल्यांकन करतात:

वेळ संतुलित करणे: लक्ष्य व्होल्टेज किंवा SOC श्रेणीमध्ये सर्व सेल किती काळ आणायचे. निष्क्रिय प्रणालींना सामान्यत: तासांची आवश्यकता असते, तर सक्रिय प्रणाली असंतुलनाच्या तीव्रतेवर अवलंबून काही मिनिटांपासून काही तासांत परिणाम साध्य करतात.

ऊर्जा कार्यक्षमता: पुनर्वितरित ऊर्जेची टक्केवारी कमी चार्ज केलेल्या पेशींपर्यंत पोहोचते- विरुद्ध तोटा म्हणून नष्ट होते. सक्रिय प्रणाली 85-95% मिळवतात, निष्क्रिय प्रणाली व्याख्येनुसार 0% पर्यंत पोहोचतात कारण ते फक्त नष्ट होतात.

क्षमता धारणा: बॅलन्सिंग स्ट्रॅटेजी शेकडो चक्रांमध्ये पॅकची क्षमता राखते का? चांगले-डिझाइन केलेल्या सिस्टीम 500 चक्रांमध्ये 5% पेक्षा कमी क्षमतेचे नुकसान दर्शवितात.

समतोल साधताना तापमानात वाढ होते: जास्त गरम होणे एकतर अपुरी थर्मल रचना किंवा समायोजन आवश्यक असलेले अति आक्रमक संतुलन मापदंड दर्शवते.

चाचणी प्रोटोकॉलमध्ये अनेकदा हेतुपुरस्सर असंतुलन निर्माण करणे, त्यानंतर विविध तापमान आणि भाराच्या परिस्थितीत प्रणाली त्यांना किती जलद आणि प्रभावीपणे दुरुस्त करते हे मोजणे समाविष्ट असते.

अनेक तोटे संतुलित परिणामकारकता कमी करतात:

चुकीची थ्रेशोल्ड सेटिंग्ज: कमाल व्होल्टेजचा फरक खूपच लहान सेट केल्याने रेसची स्थिती निर्माण होते जिथे BMS सतत प्रगती न करता सेल दरम्यान स्विच करते. सब-5 mV अचूकतेचा प्रयत्न करण्याऐवजी बहुतेक प्रणाली 10-20 mV थ्रेशोल्डसह सर्वोत्तम कार्य करतात.

निष्क्रिय प्रणालीसह डिस्चार्ज दरम्यान संतुलन: यामुळे भार वाढवणारी उर्जा नष्ट होऊन बॅटरीची क्षमता वाया जाते. पॅसिव्ह बॅलन्सिंग प्रामुख्याने चार्जिंग किंवा विश्रांतीच्या कालावधीत घडले पाहिजे.

तापमानाच्या प्रभावाकडे दुर्लक्ष करणे: सेल व्होल्टेज तापमानानुसार बदलते आणि तापमान भरपाईशिवाय व्होल्टेज मोजमापांवर आधारित समतोल राखल्याने त्रुटी निर्माण होतात. दर्जेदार बीएमएस डिझाईन्समध्ये तापमान सुधारणा घटक समाविष्ट असतात.

समतोल साधण्यावर अधिक-विश्वास: समतोल राखण्यात मदत होते परंतु अयशस्वी पेशी किंवा क्षमता कमी होणे यासारख्या मूलभूत समस्यांचे निराकरण होत नाही. जेव्हा सेल्स क्षमतेमध्ये 15-20% पेक्षा जास्त भिन्न असतात, तेव्हा केवळ संतुलन राखल्याने पॅक कार्यप्रदर्शन पुनर्संचयित होणार नाही-सेल बदलणे आवश्यक होते.

अपुरी समतोल वैशिष्ट्ये: ग्राहक उत्पादने काहीवेळा खर्च कमी करण्यासाठी समतोल साधण्याच्या क्षमतेवर दुर्लक्ष करतात, ज्यामुळे क्षमता कमी होते आणि लवकर अपयश येते. दीर्घायुष्य सुनिश्चित करण्यासाठी औद्योगिक आणि ऑटोमोटिव्ह अनुप्रयोग सामान्यत: अधिक मजबूत संतुलन निर्दिष्ट करतात.

लिथियम-आयन ऍप्लिकेशन्स सेल बॅलेंसिंग चर्चेवर वर्चस्व गाजवत असताना, भिन्न रसायनशास्त्रांना विशिष्ट आवश्यकता आहेत:

लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4) रसायनशास्त्र आणि त्याची अद्वितीय सेल बॅलेंसिंग आवश्यकता: बहुतेक चार्ज सायकल दरम्यान फ्लॅट व्होल्टेज वक्र व्होल्टेज-आधारित संतुलन कमी प्रभावी बनवते. SOC-आधारित अल्गोरिदम अधिक चांगले कार्य करतात, जरी इतर लिथियम रसायनांच्या तुलनेत LiFePO4 च्या उच्च स्व-डिस्चार्जसाठी अधिक वारंवार संतुलन आवश्यक असते.

निकेल मँगनीज कोबाल्ट (NMC): रेखीय डिस्चार्ज वक्र आणि स्पष्ट व्होल्टेज{{0}SOC संबंध दोन्ही व्होल्टेज-आधारित आणि SOC-आधारित संतुलन प्रभावी बनवतात. समतोल साधताना तापमान संवेदनशीलतेसाठी काळजीपूर्वक थर्मल व्यवस्थापन आवश्यक आहे.

लीड-ॲसिड बॅटरी: या खडबडीत बॅटरी समांतर-कनेक्ट केलेल्या जलाशय पेशींना संतुलित ठेवण्यासाठी सहन करतात. रसायनशास्त्राची लवचिकता लिथियम-आयन बॅटरीच्या परवानगीपेक्षा सोप्या, क्रूडर बॅलेंसिंग पद्धतींना अनुमती देते.

प्रत्येक रसायनशास्त्राची व्होल्टेज वैशिष्ट्ये, तापमान संवेदनशीलता आणि सुरक्षितता मार्जिन इष्टतम संतुलन मापदंड आणि पद्धती ठरवतात.

Cell Balancing

बॅटरी तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीप्रमाणे फील्ड विकसित होत आहे:

सॉलिड-स्टेट बॅटरी: जेव्हा सॉलिड-स्टेट लिथियम बॅटरियांचे व्यावसायीकरण होते, तेव्हा त्यांच्या विविध विद्युत वैशिष्ट्यांना नवीन संतुलन साधण्याची आवश्यकता असू शकते. द्रव इलेक्ट्रोलाइटच्या कमतरतेमुळे अयशस्वी मोड आणि वृद्धत्वाची पद्धत बदलते.

वायरलेस संतुलन: संशोधन थेट इलेक्ट्रिकल कनेक्शनशिवाय सेल दरम्यान कॅपेसिटिव्ह किंवा प्रेरक शक्ती हस्तांतरण एक्सप्लोर करते, संभाव्यपणे पॅक डिझाइन सुलभ करते आणि वायरिंगची जटिलता कमी करते.

स्वयं-संतुलित पेशी: काही उत्पादक संपूर्ण बॅटरीमध्ये बॅलन्सिंग फंक्शन वितरीत करून, पॅक स्तरावर न करता थेट वैयक्तिक पेशींमध्ये मूलभूत बॅलेंसिंग सर्किटरी तयार करण्याचा तपास करतात.

भविष्यसूचक संतुलन: जेव्हा असंतुलन दिसून येते तेव्हा प्रतिक्रियात्मक समतोल करण्याऐवजी, अंदाज लावणारे अल्गोरिदम अपेक्षित वापर पद्धती आणि वृद्धत्वाच्या मार्गांवर आधारित सेल चार्जेस पूर्व-ॲडजस्ट करू शकतात.

या घडामोडींचे उद्दिष्ट विश्वासार्हता सुधारणे, खर्च कमी करणे आणि बॅटरीचे आयुष्य वाढवणे हे आहे कारण ऊर्जा साठवण वाहतूक आणि ग्रीड पायाभूत सुविधांमध्ये वाढत्या प्रमाणात मध्यवर्ती होत आहे.

केवळ मालिकेतील पेशी असलेल्या पॅकमध्ये संतुलन आवश्यक आहे. सिंगल-सेल बॅटरी आणि समांतर-केवळ कॉन्फिगरेशन त्यांच्या थेट कनेक्शनद्वारे नैसर्गिकरित्या संतुलित करतात. तथापि, जवळजवळ सर्व लिथियम आयन बॅटरी पॅक सिरीजमधील एकापेक्षा जास्त सेल असलेल्या डिझाईन्सना काही प्रकारच्या संतुलनाचा फायदा होतो कारण पेशींचे वय आणि वैशिष्ट्ये भिन्न होतात.

आधुनिक बॅटरी व्यवस्थापन प्रणाली प्रत्येक चार्ज सायकल दरम्यान जेव्हा व्होल्टेजमधील फरक थ्रेशोल्डपेक्षा जास्त असतो तेव्हा आपोआप संतुलन साधते. पॅकला मॅन्युअल हस्तक्षेपाची आवश्यकता नाही. इष्टतम दीर्घायुष्यासाठी, BMS ला पूर्ण चार्ज पूर्ण करून प्रत्येक 10-20 चक्रांमध्ये पेशी पूर्णपणे संतुलित करण्यास अनुमती देणे सातत्य राखण्यास मदत करते.

अतिसंतुलनामुळे समस्या निर्माण होऊ शकतात. अति आक्रमक निष्क्रिय संतुलन ऊर्जा वाया घालवते आणि अनावश्यक उष्णता निर्माण करते. खूप वारंवार सक्रिय संतुलनामुळे घटकांचा पोशाख वाढतो आणि चार्ज ट्रान्सफर सायकलमधून लहान अतिरिक्त वृद्धत्व निर्माण होते. योग्य-डिझाइन केलेल्या सिस्टीम फक्त गरज असेल तेव्हाच समतोल राखतात, सुधारणा आणि कार्यक्षमता यांच्यातील समतोल शोधतात.

घटक बिघाड, चुकीची BMS सेटिंग्ज, सेलचे गंभीर ऱ्हास, किंवा बॅलन्सिंग सर्किटरीतील मॅन्युफॅक्चरिंग दोष प्रभावी संतुलन टाळू शकतात. थर्मल स्ट्रेस टाळण्यासाठी पॅक तापमान सुरक्षित मर्यादेपेक्षा जास्त असल्यास तापमानाची तीव्रता योग्य ऑपरेशनमध्ये अडथळा आणू शकते-बहुतेक सिस्टीम बॅलेंसिंगला विराम देतात.

सेल बॅलन्सिंग ही आधुनिक बॅटरी तंत्रज्ञानाची मूलभूत गरज आहे, विशेषत: लिथियम आयन बॅटरी पॅक ऍप्लिकेशन्समध्ये इलेक्ट्रिक वाहने ते नूतनीकरणक्षम ऊर्जा संचयन पर्यंत. साध्या निष्क्रिय रेझिस्टर नेटवर्कपासून अत्याधुनिक सक्रिय चार्ज पुनर्वितरण प्रणालीपर्यंत तंत्राची उत्क्रांती बॅटरीची कार्यक्षमता आणि दीर्घायुष्यावर वाढत्या मागणीचे प्रतिबिंबित करते. विद्युतीकरणाच्या दिशेने जागतिक संक्रमण वेगवान होत असताना, हजारो चार्ज सायकलमध्ये सुरक्षित, विश्वासार्ह ऑपरेशन सुनिश्चित करताना प्रत्येक सेलमधून जास्तीत जास्त क्षमता पिळून काढणाऱ्या संतुलित पद्धतींमध्ये सतत नावीन्यपूर्णतेची अपेक्षा करा.