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왜 적절한 셀 밸런싱이 건전지 팩에 필요한지 안톤 손짓, 배터리 제품 관리자, 엡텍에 의해 설명을 기여했습니다

May 19, 2022

여러 셀을 직렬로 사용하여 리튬 배터리 팩을 설계할 때 셀 전압의 균형을 지속적으로 유지하도록 전자 기능을 설계하는 것이 매우 중요합니다.이는 배터리 팩의 성능뿐만 아니라 최적의 수명 주기를 위한 것입니다.

셀 밸런싱을 사용하면 밸런싱을 통해 배터리가 더 높은 충전 상태(SOC)를 달성할 수 있기 때문에 애플리케이션에 더 큰 용량의 배터리를 설계할 수 있습니다.많은 회사들이 설계 초기에 셀 밸런싱을 사용하지 않기로 선택하여 비용을 절감하지만 셀 밸런싱 하드웨어 및 소프트웨어에 대한 투자 없이는 설계로 인해 SOC가 100%에 접근할 수 없습니다.

세포 불균형이란 무엇입니까?
리튬 전지가 과열되거나 과충전되면 전지 열화가 가속화되기 쉽습니다.리튬 이온 전지 전압이 수백 밀리볼트까지 4.2V를 초과하는 경우 열 폭주 상태가 발생할 수 있으므로 화재가 발생하거나 폭발할 수도 있습니다.

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셀 밸런싱을 사용한 배터리 팩

Epec에서 설계 및 제조하는 모든 팩에는 이러한 이벤트가 발생하지 않도록 하는 표준 셀 밸런싱과 함께 사용할 과전압 보호 회로(때로는 백업도 포함)가 있습니다.랩톱 컴퓨터 및 의료 장비에 일반적으로 사용되는 다중 셀 배터리 팩에서 셀을 직렬로 배치하면 배터리의 느리지만 지속적인 열화인 셀 불균형 가능성이 열립니다.

세포 균형이란 무엇입니까?
셀 밸런싱은 셀이 완전히 충전되었을 때 셀 간의 전압과 충전 상태를 균등화하는 프로세스입니다.두 개의 세포가 동일하지 않습니다.충전 상태, 자기 방전율, 용량, 임피던스 및 온도 특성에는 항상 약간의 차이가 있습니다.이는 셀이 동일한 모델, 동일한 제조업체, 동일한 생산 로트인 경우에도 마찬가지입니다.제조업체는 가능한 한 가깝게 일치하도록 유사한 전압별로 셀을 정렬하지만, 개별 셀 임피던스, 용량 및 자가 방전율에는 여전히 약간의 변동이 있어 결국 시간이 지남에 따라 전압이 발산할 수 있습니다.

대부분의 일반적인 배터리 충전기는 전체 셀 스트링의 전압이 전압 조정 지점에 도달했는지 여부를 확인하여 완전 충전을 감지합니다.개별 셀 전압은 과전압 보호 한계를 초과하지 않는 한 다양할 수 있습니다.그러나 약한 셀(낮은 용량/높은 내부 임피던스를 가진 셀)은 완전 충전 종료 시 나머지 직렬 셀보다 더 높은 전압을 나타내는 경향이 있습니다.이러한 전지는 연속적인 과충전 주기로 인해 더욱 약해집니다.충전 완료 시 더 약한 셀의 더 높은 전압은 가속화된 용량 저하를 유발합니다.최대 권장 충전 전압이 10%라도 초과되면 성능 저하율이 30% 증가합니다.

방전 측에서 약한 셀은 더 높은 내부 저항 또는 더 낮은 용량으로 인한 더 빠른 방전 속도 때문에 다른 셀보다 전압이 낮은 경향이 있습니다.즉, 팩 전압이 시스템에 전원을 공급하기에 충분한 상태에서 약한 셀이 전압 보호 한계 아래에 있는 셀에 도달하면 팩 보호기가 과방전을 방지하므로 배터리의 전체 용량이 사용되지 않습니다. 셀) 하나의 셀 전압이 낮은 전압 임계값(보통 약 2.7V) 아래로 내려가면 전체 팩의 방전을 중지합니다.

세포 균형 기술
셀 밸런싱의 기본 솔루션은 셀이 완전히 충전된 상태에 있을 때 셀 간의 전압과 충전 상태를 균등화합니다.셀 밸런싱은 일반적으로 두 가지 유형으로 분류됩니다.

  1. 수동적인
  2. 활동적인

패시브 셀 밸런싱
패시브 셀 밸런싱 방법은 다소 간단하고 간단합니다.소산 우회 경로를 통해 세포를 방전합니다.이 바이패스는 집적 회로(IC)에 통합되거나 외부에 있을 수 있습니다.이러한 접근 방식은 저비용 시스템 적용에 유리합니다.더 높은 에너지 셀에서 초과 에너지의 100%가 열로 소산된다는 사실은 배터리 작동 시간에 대한 명백한 영향으로 인해 방전 중에 수동 방법을 사용하는 것이 덜 바람직합니다.

활성 세포 균형
용량성 또는 유도성 전하 이동을 활용하여 배터리 셀 사이에서 전하를 전송하는 능동 셀 밸런싱은 에너지가 방출되는 대신 필요한 곳으로 전달되기 때문에 훨씬 더 효율적입니다.물론 이러한 개선된 효율성에 대한 절충안은 더 높은 비용으로 추가 구성 요소가 필요하다는 것입니다.

요약
셀 밸런싱은 배터리의 성능과 수명 주기를 개선하는 데 중요할 뿐만 아니라 배터리에 안전 요소를 추가합니다.배터리 안전성을 높이고 배터리 수명을 연장하기 위한 새로운 기술 중 하나는 고급 셀 밸런싱입니다.새로운 셀 밸런싱 기술이 개별 셀에 필요한 밸런싱 양을 추적하므로 배터리 팩의 사용 수명이 늘어나고 전반적인 배터리 안전성이 향상됩니다.

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