Mengapa Penyeimbangan Sel yang Tepat Diperlukan dalam Kemasan Baterai Komentar Kontribusi oleh Anton Beck, Manajer Produk Baterai, Epec

Ketika paket baterai litium dirancang menggunakan beberapa sel secara seri, sangat penting untuk merancang fitur elektronik untuk terus menyeimbangkan voltase sel.Ini tidak hanya untuk kinerja paket baterai, tetapi juga untuk siklus hidup yang optimal.

Penggunaan cell balancing memungkinkan kita merancang baterai dengan kapasitas yang lebih besar untuk suatu aplikasi karena balancing memungkinkan baterai mencapai state of charge (SOC) yang lebih tinggi.Banyak perusahaan memilih untuk tidak menggunakan penyeimbangan sel pada awal desain mereka memang mengurangi biaya tetapi tanpa investasi dalam perangkat keras dan perangkat lunak penyeimbang sel, desain tersebut tidak memungkinkan SOC mendekati 100 persen.

Apa itu Ketidakseimbangan Sel?
Jika sel litium terlalu panas atau kelebihan muatan, sel tersebut cenderung mengalami degradasi sel yang dipercepat.Mereka dapat terbakar atau bahkan meledak karena kondisi pelarian termal dapat terjadi jika tegangan sel ion lithium melebihi 4,2 V bahkan beberapa ratus milivolt.

 

Setiap paket yang kami rancang dan produksi di Epec memiliki sirkuit perlindungan tegangan lebih (kadang-kadang bahkan cadangan) untuk mengikuti penyeimbangan sel standar yang akan mencegah kejadian seperti itu terjadi.Dalam paket baterai multi-sel, yang biasa digunakan di komputer laptop dan peralatan medis, menempatkan sel secara seri membuka kemungkinan ketidakseimbangan sel, degradasi baterai yang lebih lambat namun terus-menerus.

Apa itu Penyeimbangan Sel?
Penyeimbangan sel adalah proses menyamakan voltase dan status muatan di antara sel-sel saat terisi penuh.Tidak ada dua sel yang identik.Selalu ada sedikit perbedaan dalam status pengisian daya, laju pelepasan sendiri, kapasitas, impedansi, dan karakteristik suhu.Hal ini berlaku bahkan jika selnya adalah model yang sama, pabrikan yang sama, dan lot produksi yang sama.Produsen akan menyortir sel dengan voltase yang sama untuk mencocokkan sedekat mungkin, tetapi masih ada sedikit variasi dalam impedansi sel individual, kapasitas, dan laju pelepasan sendiri yang pada akhirnya dapat menyebabkan divergensi voltase dari waktu ke waktu.

Sebagian besar pengisi baterai tipikal mendeteksi muatan penuh dengan memeriksa apakah voltase seluruh rangkaian sel telah mencapai titik regulasi voltase.Tegangan sel individu dapat bervariasi selama tidak melebihi batas perlindungan tegangan berlebih.Namun, sel yang lemah (yang memiliki kapasitas lebih rendah / impedansi internal yang lebih tinggi) cenderung menunjukkan voltase yang lebih tinggi daripada sel seri lainnya pada penghentian muatan penuh.Sel-sel ini kemudian semakin melemah dengan siklus overcharge yang terus menerus.Tegangan yang lebih tinggi dari sel yang lebih lemah pada penyelesaian muatan menyebabkan degradasi kapasitas yang dipercepat.Jika tegangan pengisian maksimum yang disarankan terlampaui bahkan hanya 10 persen, itu akan menyebabkan tingkat degradasi meningkat hingga 30 persen.

Di sisi pengosongan, sel yang lemah cenderung memiliki voltase yang lebih rendah daripada sel lainnya, karena resistansi internal yang lebih tinggi, atau tingkat pengosongan yang lebih cepat yang dihasilkan dari kapasitas yang lebih rendah.Ini berarti bahwa jika salah satu sel yang lemah mengenai sel di bawah batas proteksi voltase sementara voltase paket masih cukup untuk memberi daya pada sistem, kapasitas penuh baterai tidak akan pernah digunakan karena pelindung paket akan mencegah pengosongan berlebih (yang akan merusak sel) dengan menghentikan pelepasan seluruh paket ketika tegangan satu sel berada di bawah ambang batas tegangan sel (biasanya sekitar 2,7 V).

Teknik Penyeimbangan Sel
Solusi mendasar dari penyeimbangan sel menyamakan tegangan dan keadaan muatan di antara sel-sel ketika mereka berada dalam keadaan terisi penuh.Penyeimbangan sel biasanya dikategorikan dalam dua jenis:

1. Pasif
2. Aktif

Penyeimbangan Sel Pasif
Metode penyeimbangan sel pasif agak sederhana dan lugas.Keluarkan sel melalui rute bypass disipatif.Bypass ini dapat berupa terintegrasi atau eksternal ke sirkuit terpadu (IC).Pendekatan seperti itu menguntungkan dalam aplikasi sistem berbiaya rendah.Fakta bahwa 100% kelebihan energi dari sel energi yang lebih tinggi hilang sebagai panas membuat metode pasif kurang disukai untuk digunakan selama pengosongan karena dampak yang jelas pada waktu kerja baterai.

Penyeimbangan Sel Aktif
Penyeimbangan sel aktif, yang menggunakan bolak-balik muatan kapasitif atau induktif untuk mentransfer muatan antar sel baterai, secara signifikan lebih efisien karena energi ditransfer ke tempat yang dibutuhkan alih-alih dibuang.Tentu saja trade-off untuk peningkatan efisiensi ini adalah kebutuhan akan komponen tambahan dengan biaya yang lebih tinggi.

Ringkasan
Penyeimbangan sel tidak hanya penting untuk meningkatkan kinerja dan siklus hidup baterai, tetapi juga menambah elemen keamanan pada baterai.Salah satu teknologi yang muncul untuk meningkatkan keamanan baterai dan memperpanjang masa pakai baterai adalah penyeimbangan sel tingkat lanjut.Karena teknologi penyeimbangan sel yang baru melacak jumlah penyeimbangan yang dibutuhkan oleh masing-masing sel, masa pakai baterai yang dapat digunakan meningkat, dan keamanan baterai secara keseluruhan ditingkatkan.