แนวคิดของการปรับสมดุลเซลล์เรื่องนี้คงเป็นที่คุ้นเคยสำหรับพวกเราส่วนใหญ่ เนื่องจากความสม่ำเสมอของเซลล์ในปัจจุบันยังไม่ดีพอ และการปรับสมดุลจะช่วยปรับปรุงสิ่งนี้ เช่นเดียวกับที่คุณไม่สามารถหาใบไม้สองใบที่เหมือนกันทุกประการในโลก คุณก็ไม่สามารถหาเซลล์สองเซลล์ที่เหมือนกันทุกประการได้เช่นกัน ดังนั้น ในท้ายที่สุด การปรับสมดุลคือการแก้ไขข้อบกพร่องของเซลล์ โดยทำหน้าที่เป็นมาตรการชดเชย
ลักษณะใดบ้างที่แสดงถึงความไม่สอดคล้องกันของเซลล์?
มีองค์ประกอบหลักสี่ประการ ได้แก่ SOC (สถานะการชาร์จ), ความต้านทานภายใน, กระแสการคายประจุเอง และความจุ อย่างไรก็ตาม การปรับสมดุลไม่สามารถแก้ไขความไม่สอดคล้องกันทั้งสี่นี้ได้อย่างสมบูรณ์ การปรับสมดุลสามารถชดเชยความแตกต่างของ SOC ได้เท่านั้น ซึ่งอาจช่วยแก้ไขความไม่สม่ำเสมอของการคายประจุเองได้บ้าง แต่สำหรับความต้านทานภายในและความจุ การปรับสมดุลนั้นไม่มีประสิทธิภาพ
เซลล์มีความไม่สม่ำเสมอได้อย่างไร?
สาเหตุหลักมีสองประการ ประการแรกคือความไม่สม่ำเสมอที่เกิดจากการผลิตและการแปรรูปเซลล์ และประการที่สองคือความไม่สม่ำเสมอที่เกิดจากสภาพแวดล้อมในการใช้งานเซลล์ ความไม่สม่ำเสมอในการผลิตเกิดจากปัจจัยต่างๆ เช่น เทคนิคการแปรรูปและวัสดุ ซึ่งเป็นการสรุปอย่างง่ายของปัญหาที่ซับซ้อนมาก ความไม่สม่ำเสมอของสภาพแวดล้อมนั้นเข้าใจได้ง่ายกว่า เนื่องจากตำแหน่งของแต่ละเซลล์ในชุดเซลล์ (PACK) นั้นแตกต่างกัน ทำให้เกิดความแตกต่างของสภาพแวดล้อม เช่น การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของอุณหภูมิ เมื่อเวลาผ่านไป ความแตกต่างเหล่านี้จะสะสมกัน ทำให้เกิดความไม่สม่ำเสมอของเซลล์
การรักษาสมดุลทำงานอย่างไร?
ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ การปรับสมดุลใช้เพื่อขจัดความแตกต่างของค่า SOC ระหว่างเซลล์ต่างๆ โดยในอุดมคติแล้ว การปรับสมดุลจะทำให้ค่า SOC ของแต่ละเซลล์เท่ากัน ทำให้ทุกเซลล์สามารถเข้าถึงขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดและต่ำสุดของการชาร์จและการคายประจุพร้อมกัน ซึ่งจะช่วยเพิ่มความจุที่ใช้งานได้ของชุดแบตเตอรี่ ความแตกต่างของค่า SOC มีสองกรณี คือ กรณีแรกคือความจุของเซลล์เท่ากันแต่ค่า SOC แตกต่างกัน และกรณีที่สองคือทั้งความจุของเซลล์และค่า SOC แตกต่างกัน
สถานการณ์แรก (ซ้ายสุดในภาพประกอบด้านล่าง) แสดงเซลล์ที่มีความจุเท่ากันแต่มีระดับ SOC ต่างกัน เซลล์ที่มีระดับ SOC น้อยที่สุดจะถึงขีดจำกัดการคายประจุก่อน (โดยสมมติว่า SOC 25% เป็นขีดจำกัดล่าง) ในขณะที่เซลล์ที่มีระดับ SOC มากที่สุดจะถึงขีดจำกัดการชาร์จก่อน เมื่อมีการปรับสมดุลแล้ว เซลล์ทั้งหมดจะรักษาระดับ SOC เท่ากันทั้งในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ
สถานการณ์ที่สอง (สถานการณ์ที่สองจากซ้ายในภาพประกอบด้านล่าง) เกี่ยวข้องกับเซลล์ที่มีความจุและสถานะการชาร์จ (SOC) ที่แตกต่างกัน ในกรณีนี้ เซลล์ที่มีความจุน้อยที่สุดจะถูกชาร์จและคายประจุเป็นอันดับแรก ด้วยการปรับสมดุล เซลล์ทั้งหมดจะรักษาสถานะการชาร์จ (SOC) ให้เท่ากันทั้งในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ
ความสำคัญของการสร้างสมดุล
การรักษาสมดุลเป็นหน้าที่สำคัญของเซลล์ไฟฟ้าในปัจจุบัน การรักษาสมดุลมีสองประเภท:การปรับสมดุลอย่างมีประสิทธิภาพและการปรับสมดุลแบบพาสซีฟการปรับสมดุลแบบพาสซีฟใช้ตัวต้านทานในการคายประจุ ในขณะที่การปรับสมดุลแบบแอคทีฟเกี่ยวข้องกับการไหลของประจุระหว่างเซลล์ มีการถกเถียงกันเกี่ยวกับคำศัพท์เหล่านี้อยู่บ้าง แต่เราจะไม่ลงรายละเอียดในส่วนนั้น การปรับสมดุลแบบพาสซีฟนั้นใช้กันทั่วไปในทางปฏิบัติ ในขณะที่การปรับสมดุลแบบแอคทีฟนั้นใช้กันน้อยกว่า
การกำหนดกระแสสมดุลสำหรับ BMS
สำหรับการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ ควรจะกำหนดกระแสปรับสมดุลอย่างไร? ในอุดมคติแล้ว ควรให้กระแสมีค่ามากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่ปัจจัยต่างๆ เช่น ต้นทุน การระบายความร้อน และพื้นที่ ทำให้จำเป็นต้องหาจุดลงตัว
ก่อนที่จะเลือกกระแสปรับสมดุล สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าความแตกต่างของ SOC เกิดจากสถานการณ์ที่หนึ่งหรือสถานการณ์ที่สอง ในหลายกรณี มักจะใกล้เคียงกับสถานการณ์ที่หนึ่งมากกว่า กล่าวคือ เซลล์เริ่มต้นด้วยความจุและ SOC ที่เกือบจะเหมือนกัน แต่เมื่อใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากความแตกต่างในการคายประจุเอง SOC ของแต่ละเซลล์จะค่อยๆ แตกต่างกัน ดังนั้น ความสามารถในการปรับสมดุลควรอย่างน้อยที่สุดต้องขจัดผลกระทบจากความแตกต่างของการคายประจุเอง
หากเซลล์ทุกเซลล์มีอัตราการคายประจุเองที่เหมือนกัน การปรับสมดุลก็จะไม่จำเป็น แต่หากกระแสการคายประจุเองแตกต่างกัน ความแตกต่างของสถานะการชาร์จ (SOC) ก็จะเกิดขึ้น และจำเป็นต้องมีการปรับสมดุลเพื่อชดเชยความแตกต่างนี้ นอกจากนี้ เนื่องจากเวลาในการปรับสมดุลเฉลี่ยต่อวันมีจำกัด ในขณะที่การคายประจุเองยังคงเกิดขึ้นทุกวัน จึงต้องพิจารณาปัจจัยด้านเวลาด้วย
วันที่โพสต์: 5 กรกฎาคม 2567
