Cellbalansering av lithiumbatteri

Batteriet i hundkojan består av 2700 st cylindriska litiumceller. Batteriet kan delas upp i 108 st grupper. Dessa grupper är seriekopplade och varje grupp innehåller 25 st parallellkopplade celler. 
Eftersom varje cell har en kapacitet av 2300mAh så är en cellgrupp ekvivalent med en cell med 57,5Ah (25*2,3Ah). Så förenklat kan man se batteriet som 108 st seriekopplade 57,5Ah celler där samtliga 108 spänningar övervakas an batteriets BMS, Battery Management System.

För att få ut så mycket energi som möjligt ur ett litiumbatteri måste cellerna balanseras. Detta beror på att cellerna ändrar sin elektriska karaktär olika och detta beror av små skillnader i cellens utformning och kemi. Det som påverkar karaktären är främst temperatur och över tid blir skillnaden i cellernas karaktär större. Hundkojans batteri cellbalanseras med en "passiv" metod. Detta betyder att energi bränns upp i motstånd som sitter parallellt med varje cell. 
Cellbalansering kan ske kontinuerligt, d.v.s. både under urladdning och laddning av batteriet. Då sker detta när deltaCellspänningen är större än ett givet gränsvärde typ 200mV och detta pågår till dess att alla celler har samma spänning.
En annan strategi är att enbart cellbalansera under laddning, och även här finns flera strategier. Hundkojans batteri cellbalanseras enbart under laddning och detta sker med de celler som överskrider cellspänningen 3,50V. På detta sätt avstannar laddningen av de celler som uppnår denna spänning. När sista cellen nått upp till 3,50V avbryts laddningen och batteriet är cellbalanserat och fulladdat. Den observante har insett att cellbalanseringskretsen måste dimensioneras att hantera minst samma ström som passerar genom batteriet under cellbalanseringsfasen. Hundkojans 108 st cellbalanceringskretsar består av en transistor i serie med ett 11,4 ohms motstånd. 

Så 250-300mA är vad som kan "shuntas" förbi cellen. 
Sista fasen i laddningen sker med just denna ström.
Hur lång tid tar det då att cellbalansera? Med matchade celler, samma SoC och samma kapacitet sker ingen balansering men just nu har jag ett annat läge med mina celler. Nedan graf visar cellspänningen mot SoC för mina A123 ANR26650M1A celler. 103 st av mina cellgrupper är fulladdade (3,62V) men 5 st har lägre spänning. Den lägsta cellgruppen har 3,36V (något lägre OCV, Open Circuit Voltage).


 LiFePO4 är en kemi med väldigt platt OCV-kurva och därför är det omöjligt att med enbart cellspänning säga hur mycket laddning dessa cellgrupper har.

Eftersom spänningen mellan t.ex 80 och 90% SoC nästan är densamma innebär detta att 10% SoC skulle ta 1 dygn att ladda upp. 0,10 * 57,5 = 5,8Ah. 5,8Ah / 0,25A =  23h.


Kommentarer