การเลือก IC การจัดการแบตเตอรี่สําหรับการใช้งานลิเธียมไอออน

การเลือก IC การจัดการแบตเตอรี่ (BMS IC) ที่เหมาะสมส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัย อายุการใช้งาน และประสิทธิภาพของระบบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ในการใช้งานตั้งแต่รถยนต์ไฟฟ้าไปจนถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์แบบพกพา การเลือก BMS IC ที่ไม่เหมาะสมอาจนําไปสู่การเสื่อมสภาพของเซลล์ก่อนเวลาอันควร ความร้อนเกินขอบเขต หรือเกิดความล้มเหลวในสนามอย่างรุนแรง ด้วยเซลล์ลิเธียมไอออนที่ทํางานในช่วงเวลาแรงดันไฟฟ้าแคบ ๆ — โดยทั่วไปคือ 2.5V ถึง 4.2V ต่อเซลล์ — และต้องการการควบคุมการชาร์จที่แม่นยํา วงจร BMS จึงทําหน้าที่เป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่สําคัญที่ช่วยป้องกันการชาร์จเกิน การคายประจุเกิน และเหตุการณ์ความร้อน พร้อมทั้งเพิ่มความจุที่ใช้งานได้สูงสุด

ที่ Hitop Tech Limited เราสนับสนุนทีมวิศวกรรมในการจัดหา BMS ICs และส่วนประกอบการจัดการพลังงานที่เกี่ยวข้องผ่าน บริการจัดซื้อ ของเรา เพื่อให้มั่นใจในห่วงโซ่อุปทานที่เชื่อถือได้สําหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ใช้แบตเตอรี่

สารบัญ

1. [ฟังก์ชันและสถาปัตยกรรมหลักของ BMS IC] (#core-bms-functions)
2. [คุณสมบัติการป้องกัน: แรงดันเกิน, แรงดันต่ํา และกระแสเกิน] (คุณสมบัติ #protection)
3. [วิธีการปรับสมดุลเซลล์: แบบพาสซีฟ vs แอคทีฟ] (วิธีการปรับสมดุลแบบ #cell)
4. [การประมาณสถานะ: อัลกอริทึม SOC และ SOH] (ประมาณการ #state)
5. [อัลกอริทึมการชาร์จและการกําหนดค่าหลายเซลล์] (#charging-อัลกอริทึม)
6. [มาตรฐานความปลอดภัยและข้อกําหนดการรับรอง] (#safety-มาตรฐาน)
7. คําถามที่พบบ่อย
8. บทสรุป

1. ฟังก์ชันและสถาปัตยกรรมหลักของ BMS IC

IC จัดการแบตเตอรี่รวมฟังก์ชันหลายอย่างไว้ในชิปหรือชิปเซ็ตเดียว ได้แก่ การตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า การตรวจจับกระแส การวัดอุณหภูมิ วงจรป้องกัน และอินเทอร์เฟซการสื่อสาร การเข้าใจองค์ประกอบเหล่านี้ช่วยให้วิศวกรสามารถจับคู่ความสามารถของ IC กับความต้องการของแอปพลิเคชัน แทนที่จะระบุมากเกินไปหรือปกป้องน้อยเกินไป

ความแม่นยําในการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า

IC BMS สมัยใหม่วัดแรงดันไฟฟ้าแต่ละเซลล์ด้วยความละเอียด ADC ตั้งแต่ 12 บิตถึง 16 บิต โดยแปลความแม่นยําระหว่าง ±5mV ถึง ±10mV ในช่วงการทํางาน สําหรับเซลล์ลิเธียมไอออน 4.2V ±10mV แสดงถึงความคลาดเคลื่อน 0.24%—เพียงพอสําหรับการใช้งานส่วนใหญ่แต่สําคัญต่อความแม่นยําในการประมาณสถานะการชาร์จ การออกแบบความแม่นยําสูงที่มุ่งเป้าไปที่การใช้งานยานยนต์หรืออากาศยาน ระบุ ±3mV หรือดีกว่า ทําให้สามารถประมาณค่า SOC ได้ภายในช่วงความผิดพลาด 2-3%

สถาปัตยกรรมการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า IC BMS แบบหลายเซลล์แสดงช่องสัญญาณการวัดที่แตกต่างกัน

สถาปัตยกรรมการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปตามจํานวนเซลล์ IC แบบเซลล์เดียวสามารถเชื่อมต่อกับเซลล์ลิเธียมหนึ่งเซลล์โดยตรง (3.7V ตามปกติ) ขณะที่ IC แบบหลายเซลล์จะสแต็กช่องมอนิเตอร์เพื่อรองรับการตั้งค่า 3S ถึง 16S (11.1V ถึง 59.2V ตามปกติ) แต่ละเซลล์เพิ่มเติมต้องวัดแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันระหว่างโหนดที่อยู่ติดกัน เพิ่มจํานวนขาและความซับซ้อนภายใน สําหรับแพ็คที่เกิน 16 เซลล์ สถาปัตยกรรม BMS แบบ daisy-chain หรือแบบโมดูลาร์จะกระจายการตรวจสอบไปยัง IC หลายตัว

การตรวจจับกระแสและการนับคูลอมบ์

การวัดกระแสที่แม่นยําช่วยให้ติดตามสถานะการชาร์จได้อย่างแม่นยําผ่านการนับคูลอมบ์—รวมกระแสชาร์จและกระแสไหลออกตามเวลา IC BMS มักวัดกระแสแพ็คผ่านตัวต้านทานรับสัญญาณด้านต่ําหรือด้านสูง (1mΩ ถึง 10mΩ) โดยวงจร IC จะขยายแรงดันตกคร่อมเล็ก ๆ บนตัวต้านทานนี้ กระแส 10A ผ่านตัวต้านทาน 5mΩ ผลิตได้เพียง 50mV ซึ่งต้องการการปฏิเสธโหมดร่วมสูงและแรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ตต่ําในแอมพลิฟายเออร์เซนส์

สเปค BMS IC	ระดับเริ่มต้น (อิเล็กทรอนิกส์พกพา)	ระดับกลาง (เครื่องมือไฟฟ้า, ESS)	เกรดยานยนต์ (EV, HEV)
ความแม่นยําของแรงดันไฟฟ้า	±10mV ถึง ±15mV	±5mV ถึง ±10mV	±3mV ถึง ±5mV
ความแม่นยําของประสาทสัมผัสปัจจุบัน	±2% ถึง ±3%	±1% ถึง ±2%	±0.5% ถึง ±1%
รองรับจํานวนเซลล์	1S ถึง 4S	3S ถึง 13S	6S ถึง 16S (โมดูลาร์ถึง 400S+)
ความละเอียดของ ADC	12 บิต	14-bit ถึง 16-bit	16 บิต ถึง 18 บิต
เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ	เทอร์มิสเตอร์ภายนอก 1 ตัว	เทอร์มิสเตอร์ภายนอก 2-4 ตัว	เทอร์มิสเตอร์ 4-8 ตัว + เซ็นเซอร์ภายใน
การปรับสมดุลกระแสไฟฟ้า	50mA ถึง 100mA แบบพาสซีฟ	พาสซีฟ 100mA ถึง 200mA	การถ่ายโอนข้อมูลแบบพาสซีฟหรือแอคทีฟ 200mA

อินเทอร์เฟซการสื่อสาร

ชิป BMS สื่อสารสถานะแบตเตอรี่ไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์หรือโปรเซสเซอร์ระบบผ่านอินเทอร์เฟซ I²C, SPI, UART หรือ CAN I²C ครองตลาดในแอปพลิเคชันแบบพกพาและความเร็วต่ํา (สูงสุด 400kHz) ขณะที่การออกแบบยานยนต์เริ่มใช้ CAN หรือ CAN-FD เพื่อความทนทานต่อเสียงรบกวนและโปรโตคอลมาตรฐาน ชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงดันสูงมักใช้การสื่อสารแยกส่วน—ไม่ว่าจะเป็นออปโตคัปเปลอร์หรือทรานซีฟเวอร์ CAN แยกส่วน—เพื่อปกป้องวงจรควบคุมแรงดันต่ําจากแรงดันไฟฟ้าสูงของแบตเตอรี่

2. คุณสมบัติการป้องกัน: แรงดันเกิน, แรงดันต่ํา และกระแสเกิน

วงจรป้องกันป้องกันสภาวะการทํางานที่ทําลายล้างซึ่งอาจทําให้เกิดความร้อนเกินขอบเขตหรือความเสียหายถาวรของเซลล์ ชิป BMS จะดําเนินการป้องกันเหล่านี้ผ่านคอมพาเรเตอร์ฮาร์ดแวร์ที่ตอบสนองภายในไมโครวินาที โดยไม่ขึ้นกับการทํางานของไมโครคอนโทรลเลอร์

การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน (OVP)

เซลล์ลิเธียมไอออนจะได้รับความเสียหายที่ไม่สามารถแก้ไขได้เมื่อชาร์จเกินแรงดันสูงสุด—โดยทั่วไปอยู่ที่ 4.20V ถึง 4.35V ขึ้นอยู่กับเคมี การชาร์จเกินจะทําให้การชุบลิเธียมบนแอโนดลดลง ส่งผลให้ความจุลดลงและสร้างเดนไดรต์ภายในที่สามารถทะลุตัวแยกและทําให้เกิดการลัดวงจร วงจร BMS IC ตั้งเกณฑ์ OVP ต่ํากว่าแรงดันสูงสุดสัมบูรณ์ 50mV ถึง 100mV โดยเกณฑ์ทั่วไปอยู่ที่ 4.25V ถึง 4.30V สําหรับเซลล์มาตรฐาน

เมื่อเซลล์ใดเกินเกณฑ์ OVP IC ของ BMS จะเปิดเส้นทางชาร์จ MOSFET ทันที ตัดการเชื่อมต่อเครื่องชาร์จ การป้องกันนี้จะยังคงทํางานจนกว่าแรงดันเซลล์จะลดลงต่ํากว่าค่าขีดจํากัดการปล่อย (โดยทั่วไปต่ํากว่าจุดตัด OVP ประมาณ 100mV) โดยจะติดตั้งฮิสเทอรีซิสเพื่อป้องกันการสั่นสะเทือนที่แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์

วงจรป้องกันการชาร์จและคายประจุ MOSFET ในการใช้งาน BMS

การป้องกันแรงดันต่ํา (UVP)

การคายประจุเซลล์ลิเธียมไอออนที่มีแรงดันต่ํากว่า 2.5V ถึง 2.7V จะทําให้ทองแดงละลายตัวจากตัวเก็บกระแสและสูญเสียความจุถาวร การปล่อยประจุลึกถึง 2.0V หรือต่ํากว่านั้นมักทําให้เซลล์ไม่สามารถกู้คืนได้ เกณฑ์ UVP โดยทั่วไปอยู่ที่ 2.5V ถึง 2.8V โดยมีฮิสเทอรีซิสระหว่าง 100mV ถึง 200mV สําหรับการปล่อย

การป้องกันกระแสเกิน (OCP) และการป้องกันลัดวงจร (SCP)

เหตุการณ์กระแสเกิน—ไม่ว่าจะจากโหลดมากเกินไปหรือการลัดวงจรภายนอก—จะสร้างความร้อนแบบความต้านทานที่อาจกระตุ้นให้ความร้อนลุกลามภายในไม่กี่วินาที วงจร BMS มีการป้องกันกระแสไฟฟ้าสองขั้นตอน: OCP สําหรับกระแสเกินที่ต่อเนื่อง (1.5× ถึง 2× กระแสที่กําหนดไว้ 100ms ถึง 1s) และ SCP สําหรับความผิดปกติรุนแรง (5× ถึง 10× กระแสไฟฟ้าที่กําหนดไว้ 100μs ถึง 1ms)

ตัวต้านทานรับความรู้สึกและ MOSFET ที่ปล่อยประจุ RDS(on) สร้างแรงดันไฟฟ้าที่แปรผันกับกระแสไฟฟ้า เมื่อแรงดันไฟฟ้านี้เกินเกณฑ์ OCP BMS จะเปิด MOSFET ปล่อยประจุ SCP ตอบสนองได้รวดเร็วกว่า โดยปกติจะใช้คอมพาร์เตอร์เฉพาะที่ข้ามการกรองดิจิทัล เงื่อนไขการปล่อยการป้องกันจะแตกต่างกันไปตามการออกแบบ—บางเงื่อนไขต้องรีเซ็ตด้วยตนเอง ขณะที่บางเงื่อนไขจะลองใหม่โดยอัตโนมัติหลังจากช่วงเวลาหน่วงเวลา

3. วิธีการปรับสมดุลเซลล์: แบบพาสซีฟ vs แบบแอคทีฟ

ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างเซลล์เกิดจากค่าความคลาดเคลื่อนในการผลิต ความชันของอุณหภูมิ และความแตกต่างของอายุ หากไม่มีการปรับสมดุล เซลล์ที่อ่อนแอที่สุดจะจํากัดความจุของแพ็ค—เมื่อเซลล์หนึ่งถึงขีดจํากัดแรงดันไฟฟ้าระหว่างการชาร์จหรือคายประจุ แพ็คทั้งหมดต้องหยุดทํางาน แม้ว่าเซลล์อื่นจะมีความจุเหลืออยู่ การปรับสมดุลจะกระจายประจุเพื่อเพิ่มพลังงานที่สามารถใช้ได้สูงสุด

สถาปัตยกรรมการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ

การปรับสมดุลแบบพาสซีฟจะกระจายพลังงานส่วนเกินจากเซลล์แรงดันสูงเป็นความร้อนผ่านตัวต้านทานบายพาส เมื่อแรงดันเซลล์ต่างกันเกินเกณฑ์ที่กําหนด (โดยทั่วไป 30mV ถึง 50mV) วงจร BMS IC จะเปิดใช้งาน MOSFET ที่ส่งกระแสผ่านตัวต้านทานขนานกับเซลล์สูง กระแสไฟฟ้าสมดุลอยู่ระหว่าง 50mA ถึง 200mA โดยจํากัดด้วยการสูญเสียพลังงานและการจัดการความร้อน

วงจรสมดุลเซลล์แบบพาสซีฟแสดงตัวต้านทานบายพาสและ MOSFET

ข้อได้เปรียบหลักของการปรับสมดุลแบบพาสซีฟคือความเรียบง่ายและต้นทุนต่ํา—ต้องใช้เพียง MOSFET และตัวต้านทานที่รวมอยู่ใน BMS IC หรือเป็นส่วนประกอบภายนอก ข้อเสียคือการใช้พลังงานอย่างสิ้นเปลือง: พลังงานที่สมดุลทั้งหมดจะเปลี่ยนเป็นความร้อนแทนที่จะกระจายกลับไปยังเซลล์ที่อ่อนแอกว่า สําหรับแพ็ค 10Ah ที่มีความไม่สมดุล 100mAh ต่อเซลล์ การปรับสมดุลแบบพาสซีฟที่ 100mA ต้องใช้เวลาหนึ่งชั่วโมงต่อเซลล์ และสิ้นเปลืองความร้อน 3.7Wh ถึง 4.2Wh ต่อเซลล์

โทโพโลยีสมดุลแบบแอคทีฟ

การปรับสมดุลแบบแอคทีฟจะถ่ายโอนพลังงานระหว่างเซลล์แทนที่จะสลายไป เพิ่มประสิทธิภาพได้ถึง 70% ถึง 95% ขึ้นอยู่กับโทโพโลยี วิธีการปรับสมดุลแบบแอคทีฟที่พบบ่อย ได้แก่ การชัตเทิลตัวเก็บประจุ, ตัวแปลงบัคบูสต์แบบเหนี่ยวนํา และการถ่ายโอนพลังงานแบบผสมกับหม้อแปลง

การชัตเทิลตัวเก็บประจุเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบบินสลับกันระหว่างเซลล์ที่อยู่ติดกัน โดยถ่ายโอนประจุจากเซลล์แรงดันสูงไปยังเซลล์แรงดันต่ํา วิธีนี้ใช้ได้ดีสําหรับความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยและการบาลานซ์เซลล์ที่อยู่ติดกัน แต่มีปัญหากับความไม่สมดุลขนาดใหญ่หรือการถ่ายโอนเซลล์ที่ไม่ติดกัน กระแสไฟฟ้าสมดุลสามารถอยู่ที่ 500mA ถึง 2A ซึ่งเร็วกว่าวิธีพาสซีฟอย่างมาก

วิธีการบาลานซ์	กระแสไฟฟ้าทั่วไป	ประสิทธิภาพพลังงาน	ต้นทุน	แอปพลิเคชันที่ดีที่สุด
พาสซีฟ (การไล่ออกของตัวต้านทาน)	50mA ถึง 200mA	0% (ความร้อนเหลือใช้ทั้งหมด)	ต่ํา ($0.50 ถึง $2 ต่อเซลล์)	อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา, เครื่องมือไฟฟ้า, ESS ขนาดเล็ก
ชัตเทิลตัวเก็บประจุแอคทีฟ	500mA ถึง 2A	70% ถึง 85%	ขนาดกลาง ($2 ถึง $5 ต่อเซลล์)	รถยนต์ไฟฟ้าขนาดกลาง, ESS (2kWh ถึง 10kWh)
ใช้ตัวเหนี่ยวนําแบบแอคทีฟ	1A ถึง 5A	85% ถึง 95%	สูง ($5 ถึง $15 ต่อเซลล์)	รถยนต์ไฟฟ้าขนาดใหญ่, ระบบกริด ESS (>10kWh)
หม้อแปลงแอคทีฟ	2A ถึง 10A	90% ถึง 95%	สูง ($10 ถึง $20 ต่อเซลล์)	รถยนต์ไฟฟ้ากําลังสูง, ESS สําหรับอเนกประสงค์ (>50kWh)

การจัดสมดุลเวลาเป็นสิ่งสําคัญต่อประสิทธิภาพการดําเนินงาน แบตเตอรี่ EV 100Ah ที่มีความไม่สมดุลของเซลล์ 1Ah ต้องใช้เวลาปรับสมดุลแบบพาสซีฟ 100mA เป็นเวลา 10 ชั่วโมง แต่ใช้การบาลานซ์แบบแอคทีฟ 500mA เพียง 2 ชั่วโมง สําหรับกองยานพาหนะที่มีรอบการชาร์จรายวัน การปรับสมดุลที่รวดเร็วขึ้นจะส่งผลโดยตรงต่อความพร้อมใช้งานของยานพาหนะ

4. การประมาณสถานะ: อัลกอริทึม SOC และ SOH

การประเมินสถานะการชาร์จ (SOC) และสภาพสุขภาพ (SOH) ที่แม่นยําช่วยให้การใช้แบตเตอรี่มีประสิทธิภาพและการบํารุงรักษาเชิงคาดการณ์ แตกต่างจากถังเชื้อเพลิงที่มีการตรวจจับระดับโดยตรง แบตเตอรี่ต้องการการประมาณค่าทางอ้อมผ่านการวัดแรงดันไฟฟ้า กระแส และอุณหภูมิร่วมกับแบบจําลองทางเคมีไฟฟ้า

การนับคูลอมบ์และ SOC แบบอิงแรงดัน

วิธี SOC ที่พบมากที่สุดผสมผสานการนับคูลอมบ์กับการสอดคล้องด้วยแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) การนับแบบคูลอมบ์จะรวมกระแสชาร์จและกระแสไหลออกตามเวลา โดยคํานวณ SOC เป็น:

SOC = SOC₀ + (1/กําลังการผลิต) × ∫(I dt)

โดยที่ SOC₀ คือสถานะเริ่มต้น, I คือกระแสแพ็ค (บวกสําหรับประจุ, ลบสําหรับคายประจุ), และความจุคือค่ากําลังแอมป์ของเซลล์ วิธีนี้ให้การตอบสนองแบบไดนามิกที่ดีแต่สะสมข้อผิดพลาดจากความไม่แม่นยําของเซ็นเซอร์ในปัจจุบันและความไม่แน่นอนของความจุ

ตัวต้านทานตรวจจับกระแสและวงจรขยายสัญญาณสําหรับการนับคูลอมบ์

SOC แบบอิงแรงดันจะเชื่อมโยงแรงดันไฟฟ้าขั้วกับ SOC โดยใช้ตารางค้นหาที่ได้จากการวิเคราะห์ลักษณะเซลล์ อย่างไรก็ตาม แรงดันไฟฟ้าลิเธียมไอออนยังคงค่อนข้างคงที่ในช่วง SOC กลาง 20% ถึง 80% ทําให้การประมาณค่าที่แม่นยําเป็นเรื่องยาก วิธีการที่ใช้แรงดันไฟฟ้าทํางานได้ดีที่สุดในช่วงสุดขั้ว (0-20% และ 80-100% SOC) ซึ่งแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงเร็วกว่า วงจร BMS สมัยใหม่ผสมผสานทั้งสองวิธี: การนับคูลอมบ์เพื่อการติดตามแบบไดนามิก พร้อมกับการปรับเทียบ OCV เป็นระยะในช่วงพัก

การประเมินสภาพสุขภาพ

SOH วัดการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่เมื่อเทียบกับข้อกําหนดเริ่มต้นอายุการใช้งาน ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงเป็นการลดลงของความจุและการเพิ่มขึ้นของความต้านทาน แบตเตอรี่ที่มีการสูญเสียความจุ 20% จะแสดง SOH ถึง 80% การประมาณค่า SOH ที่แม่นยําช่วยให้การบํารุงรักษาเชิงคาดการณ์และการตรวจสอบความสอดคล้องตามการรับประกัน

5. อัลกอริทึมการชาร์จและการกําหนดค่าหลายเซลล์

การชาร์จลิเธียมไอออนต้องการการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและกระแสที่แม่นยําเพื่อยืดอายุการใช้งานของเซลล์ให้สูงสุดในขณะที่ลดเวลาชาร์จให้น้อยที่สุด อัลกอริทึม CC-CV (กระแสคงที่-แรงดันคงที่) มาตรฐานจะชาร์จด้วยกระแสสูงสุดจนถึงขีดจํากัดแรงดันไฟฟ้า จากนั้นจะรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ขณะที่กระแสไฟฟ้าค่อย ๆ เรียวลง

โปรไฟล์การชาร์จ CC-CV

ในช่วงเฟสกระแสคงที่ IC BMS หรือเครื่องชาร์จภายนอกจะจ่ายกระแสชาร์จที่กําหนด (โดยทั่วไป 0.5C ถึง 1C) จนกว่าเซลล์ใดจะถึง 4.2V สําหรับแพ็คหลายเซลล์ เซลล์ที่สูงที่สุดจะเป็นตัวกําหนดการเปลี่ยนไปสู่โหมดแรงดันไฟฟ้าคงที่ ในช่วงเฟส CV แรงดันไฟฟ้าจะคงที่ที่ 4.2V ขณะที่กระแสไฟฟ้าจะลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป การชาร์จจะสิ้นสุดเมื่อกระแสไฟฟ้าลดลงต่ํากว่า C/10 ถึง C/20 ซึ่งหมายความว่าเซลล์ชาร์จเต็ม >95%

ชุดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพร้อมแผงวงจร BMS ในตัว

การชาร์จเร็วจะปรับเปลี่ยนโปรไฟล์นี้ด้วยการลดกระแสหลายขั้นตอนหรือขีดจํากัดแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกตามอุณหภูมิของเซลล์ อัตราชาร์จ 1C (ชาร์จเต็มในหนึ่งชั่วโมง) เป็นมาตรฐาน ขณะที่การชาร์จเร็วจะเพิ่มเป็น 2C หรือ 3C ในช่วง CC อย่างไรก็ตาม การชาร์จเกิน 1C จะเร่งการเสื่อมสภาพ โดยเฉพาะการชุบลิเธียม และต้องการการจัดการความร้อนเชิงรุกเพื่อรักษาอุณหภูมิเซลล์ให้ต่ํากว่า 45°C

การกําหนดค่าหลายเซลล์แบบอนุกรม-ขนาน

ชุดแบตเตอรี่จะรวมเซลล์แบบอนุกรม (S) เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้า และแบบขนาน (P) เพื่อให้ได้ความจุ ชุด 12S4P เชื่อมต่อเซลล์ 12 เซลล์แบบอนุกรมสําหรับแรงดัน 44.4V ตามปกติ (12 × 3.7V) และ 4 เซลล์แบบขนานต่อกลุ่มอนุกรม สําหรับความจุ 4× วงจร BMS IC ต้องตรวจสอบกลุ่มชุดข้อมูลทั้ง 12 กลุ่ม โดยแต่ละกลุ่มมักจะมีเซลล์ขนาน 4 เซลล์ที่ทํางานร่วมกันเป็นหน่วยเดียวที่ตรวจสอบ

6. มาตรฐานความปลอดภัยและข้อกําหนดการรับรอง

ข้อกําหนดด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่แตกต่างกันไปตามการใช้งานและภูมิภาค แต่มีข้อกําหนดร่วมกันสําหรับการป้องกันความร้อนเกิน การชาร์จเกิน และการใช้งานทางกล การปฏิบัติตามมาตรฐานเหล่านี้เป็นสิ่งจําเป็นสําหรับการเข้าถึงตลาดและการลดความรับผิดของผลิตภัณฑ์

มาตรฐานความปลอดภัยหลัก

UL 2054 และ UL 1642 ครอบคลุมเซลล์และชุดแบตเตอรี่สําหรับการใช้งานแบบพกพาในอเมริกาเหนือ โดยระบุการทดสอบการชาร์จเกิน วงจรลัดวงจร การกระแทก และการสัมผัสความร้อน IEC 62133 ให้มาตรฐานสากลที่เทียบเท่าสําหรับแบตเตอรี่แบบพกพา ทั้งสองแบบต้องการวงจรป้องกัน BMS เพื่อป้องกันการชาร์จเกินเกิน 4.3V ถึง 4.4V และป้องกันการคายประจุเกินต่ํากว่า 2.5V

การติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิบนแบตเตอรี่สําหรับการตรวจสอบความร้อน

UN 38.3 ควบคุมการขนส่งแบตเตอรี่ลิเธียมผ่านทางอากาศ ทางทะเล และภาคพื้นดิน โดยต้องทดสอบการจําลองความสูง การหมุนเวียนความร้อน การสั่นสะเทือน แรงกระแทก การลัดวงจรภายนอก การกระแทก และการชาร์จเกิน สินค้าที่ไม่ผ่านการทดสอบ UN 38.3 ไม่สามารถจัดส่งผ่านผู้ให้บริการขนส่งเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ได้อย่างถูกกฎหมาย ส่งผลให้การเข้าถึงตลาดจํากัดอย่างมาก

ความปลอดภัยเชิงหน้าที่และความซ้ําซ้อน

การออกแบบ BMS ที่มีความสําคัญด้านความปลอดภัยมีการป้องกันซ้ําซ้อน—ตัวเปรียบเทียบแรงดันเกินสองระดับ, MOSFET ตัดการเชื่อมต่อการชาร์จและคายประจุอิสระ และค่าเริ่มต้นที่ปลอดภัยซึ่งเปิดสวิตช์ตัดการเชื่อมต่อเมื่อมีการตรวจจับข้อผิดพลาด หากไมโครคอนโทรลเลอร์หลักล้มเหลวหรือค้าง คอมพาเลเตอร์ฮาร์ดแวร์จะยังคงตรวจสอบและป้องกันต่อไปโดยไม่ต้องมีเฟิร์มแวร์แทรกแซง

7. คําถามที่พบบ่อย

ความแตกต่างระหว่าง BMS IC กับแผงวงจร BMS แบบสมบูรณ์คืออะไร?

BMS IC คือชิปวงจรรวมที่ทําหน้าที่ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า ตรวจจับกระแส และตรรกะป้องกัน แผงวงจร BMS ครบชุดประกอบด้วย BMS IC พร้อมส่วนประกอบภายนอก เช่น MOSFET สําหรับการตัดประจุ/คายประจุ, ตัวต้านทานรับรู้, ตัวต้านทานสมดุล, เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ, อินเทอร์เฟซการสื่อสาร และตัวเชื่อมต่อ IC ให้ข้อมูลการวัดที่แม่นยําและอัจฉริยะ ขณะที่บอร์ดจะผสานรวมสิ่งเหล่านี้เข้ากับระบบที่ใช้งานได้จริงซึ่งเหมาะสมกับความต้องการแรงดันไฟฟ้า กระแส และกลไกของแบตเตอรี่แต่ละชุด

อุณหภูมิมีผลต่อความแม่นยําและเกณฑ์การป้องกันของ BMS IC อย่างไร?

แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ลิเธียมไอออนจะเปลี่ยนแปลงระหว่าง -2mV/°C ถึง -4mV/°C หมายความว่าเซลล์ที่ 4.20V ที่ 25°C อาจอ่านค่าได้ 4.16V ที่ 45°C จากสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเพียงอย่างเดียว วงจร BMS ที่มีการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าชดเชยอุณหภูมิจะรักษาความแม่นยํา ±5mV ในช่วง -40°C ถึง +85°C แต่เกณฑ์การป้องกันอาจต้องปรับตามอุณหภูมิ IC BMS ขั้นสูงบางรุ่นใช้เกณฑ์ OVP/UVP ที่ขึ้นกับอุณหภูมิ เพื่อปรับขีดจํากัดที่อุณหภูมิสุดขั้วเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพที่เร่ง ความแม่นยําของเซ็นเซอร์กระแสไฟฟ้าก็ลดลงตามอุณหภูมิเช่นกัน เว้นแต่จะได้รับการปรับเทียบ ซึ่งส่งผลต่อความแม่นยําในการนับคูลอมบ์ ควรตรวจสอบสเปค BMS ที่อุณหภูมิการทํางานที่เลวร้ายที่สุด ไม่ใช่แค่ในสภาพแล็บ 25°C เท่านั้น

กระแสไฟสั่นปกติของ BMS IC ในโหมดสแตนด์บายคือเท่าไร?

วงจร BMS ระดับเริ่มต้นใช้พลังงาน 10μA ถึง 50μA ในโหมดสแตนด์บาย โดยจะหมดแบตเตอรี่ 3000mAh ภายในประมาณ 6 ถึง 25 ปี หากไม่มีการคายประจุตัวเอง IC ระดับกลางที่มีฟีเจอร์มากกว่าสามารถดึงพลังงาน 50μA ถึง 200μA (1.5 ถึง 6 ปี) IC เกรดยานยนต์ที่มีการสื่อสาร CAN และการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องอาจใช้พลังงาน 200μA ถึง 1mA ในโหมดสแตนด์บาย สําหรับแอปพลิเคชันที่มีระยะเวลาการจัดเก็บข้อมูลนาน—เช่น อุปกรณ์ตามฤดูกาล ระบบสํารองฉุกเฉิน—เลือก IC ที่มีกระแสไฟสวัสดิ์ <20μA และติดตั้งโหมดการจัดส่งที่ลดการใช้พลังงานเหลือ <1μA โดยปิดการทํางานทั้งหมดยกเว้นการตรวจจับการปลุก

ฉันจะเลือกระหว่าง MOSFET ป้องกันแบบบูรณาการกับ MOSFET แบบแยกภายนอกได้อย่างไร?

การป้องกันแบบบูรณาการ (BMS IC พร้อม MOSFET ภายใน) เหมาะสําหรับการใช้งานกระแสต่ําตั้งแต่ 3A ถึง 5A แบบต่อเนื่อง มีขนาดกะทัดรัดและดีไซน์เรียบง่าย MOSFET แบบแยกส่วนภายนอกรองรับกระแสสูงกว่า — 10A ถึง 100A หรือมากกว่า — และอนุญาตให้เลือกค่า RDS(on) เฉพาะเพื่อลดการสูญเสียการนําไฟฟ้า คํานวณการสูญเสียพลังงานของ MOSFET เป็น I² × RDS(เปิด): โหลด 20A ผ่าน 10mΩ จะสูญเสียพลังงาน 4W ซึ่งต้องการการระบายความร้อนที่เหมาะสม สําหรับกระแสไฟฟ้าที่เกิน 10A โดยทั่วไปจําเป็นต้องใช้ MOSFET ภายนอก พิจารณากระแสลัดวงจรด้วย: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่า IC ของ MOSFET และ BMS เกินกว่ากระแสความผิดปกติในกรณีที่เลวร้ายที่สุด โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 10× ถึง 20× สําหรับเซลล์ลิเธียม

8. บทสรุป

การเลือก IC จัดการแบตเตอรี่สําหรับการใช้งานลิเธียมไอออนต้องสร้างสมดุลระหว่างข้อกําหนดการป้องกัน จํานวนเซลล์ ความแม่นยํา และข้อจํากัดด้านต้นทุน สําหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาที่มีชุด 1S ถึง 4S และกระแสไฟฟ้าปานกลางต่ํากว่า 5A IC BMS แบบบูรณาการที่มีการปรับสมดุลแบบพาสซีฟให้การปกป้องที่เพียงพอในราคาต่ํา การใช้งานในอุตสาหกรรมและยานยนต์ต้องการการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าที่มีความแม่นยําสูง (±3mV ถึง ±5mV), รองรับหลายเซลล์ (6S ถึง 16S หรือแบบโมดูลาร์) และการบาลานซ์แบบแอคทีฟเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพอายุการใช้งานและการใช้พลังงานของแพ็ค

เมื่อระบุ BMS ICs ให้ให้ความสําคัญกับความแม่นยําของแรงดันไฟฟ้าสําหรับความแม่นยํา SOC ที่คุณต้องการ เลือกการรองรับจํานวนเซลล์ที่ตรงกับการกําหนดค่าแพ็คของคุณ ตรวจสอบเกณฑ์การป้องกันสอดคล้องกับเคมีของเซลล์ และยืนยันว่าอินเทอร์เฟซการสื่อสารเชื่อมต่อกับสถาปัตยกรรมระบบของคุณ หากต้องการความช่วยเหลือในการจัดหา BMS ICs จากผู้ผลิตที่ผ่านการรับรอง ติดต่อทีมงานของเรา หรือสํารวจ หมวดหมู่สินค้า ของเราเพื่อหาโซลูชันการจัดการพลังงาน