C&Iバッテリーにおけるセル電圧不均衡：原因、リスク、および修正方法

C&Iバッテリーにおけるセル電圧不均衡：原因、リスク、および修正方法

クイックアンサー：セル電圧不均衡アラームは、直列ストリング内の最も高いセルと最も低いセルの間の電圧差がBMSの閾値を超えたことを意味します — 通常は30〜50 mVです。放置すると、最も弱いセルがキャビネット全体の充電/放電制限を設定し、数ヶ月で使用可能な容量が5〜15%減少します。ほとんどの不均衡はセルの選別のギャップ、温度勾配、または故障したバランシング回路から発生します。まだ故障ではありませんが、記録し調査すべき早期警告です。

"不均衡"の実際の意味

168セルの直列ストリングで、名目電圧は3.2 Vで、パック電圧は約537.6 Vです。すべてのセルは3.2 V近くから始まりますが、サイクルを重ねるごとにドリフトします。BMSは数秒ごとに各セルの電圧を測定します。最も高いセルと最も低いセルの間のギャップが30 mVを超えると、BMSは警告を発します。50 mVでは、アラームを発し、充電または電流を制限する可能性があります。

BMSは弱いセルを強くすることはできません。強いセルを遅くする（受動バランシング）か、セル間で充電を移動させる（能動バランシング）ことしかできません。根本的な原因が欠陥セルである場合、どんなバランシングもそれを修正することはできません。

一般的な原因

1. 工場での不十分なセル選別これはほとんどの初期段階の不均衡の根本原因です。異なる生産ロットからのセルが同じストリングに組み込まれた場合、それらの自己放電率は異なります。日々のサイクルの6〜12ヶ月以内に、電圧差が広がります。サプライヤーは、パッキング前にセルを容量と内部抵抗で選別するべきでした。

2. キャビネット内部の温度勾配冷却ベントの近くにあるセルは、キャビネットの壁の近くにあるセルよりも3〜5°C低くなります。LFPセルは高温でより早く劣化するため、熱いセルはより早く容量を失います。2〜3年で、これは持続的な電圧ギャップを生み出します。これが、±2.5°Cの均一性を持つ液体冷却システムが、暑い気候で空冷システムよりも優れた性能を発揮する理由です。

3. 故障したセルまたは内部短絡1つのセルが他のセルよりも自己放電が高くなります。充電のたびにわずかに低く、放電のたびにわずかに高くなります（電圧は低い状態からより早く回復します）。不均衡は月ごとに成長します。これはモジュールの交換を必要とする唯一の原因です。

4. 受動バランシング回路の故障トップバランシング中にセル電圧を均等化するBMSのブリード抵抗器が焼き切れることがあります。欠陥のある抵抗器は、1つのセルがバランスを取られず、その電圧がドリフトすることを意味します。これは基板レベルの修理であり、セルの問題ではありません。

5. SoC推定のドリフト時には表示される「不均衡」が実際のハードウェアの問題ではないことがあります — BMSのSoCアルゴリズムが単にキャリブレーションから外れているだけです。完全な充電-放電サイクルが推定値を再キャリブレーションし、アラームが解除されます。

無視した場合のリスク

• 使用可能な容量の減少。最も弱いセルが充電制限を設定します。もしそれが早く3.65 Vに達すると、パックが満充電になる前に充電が停止します。年間5〜10%の容量損失は典型的です。
• 加速された劣化。弱いセルは他のセルよりも深くサイクルし、自身の劣化を加速させます。制御不能なスパイラルがモジュール交換につながります。
• 安全リスク。内部短絡のあるセルは通常よりも早く加熱する可能性があります。不均衡アラームは、熱的イベントの前に検出可能な最も早い信号の1つです。
• 保証の拒否。BMSのログに未解決の不均衡アラームが12ヶ月間表示されている場合、製造者は問題がメンテナンスに関連していると主張することができます。

診断方法

アラームが発生したときは、リセットしないでください。BMSデータログをエクスポートし、以下を探してください：

• どのセル番号が一貫して低いまたは高いですか？常に同じ2〜3セルであれば、それらは欠陥があります。サイクル間で位置が移動する場合、問題は温度またはバランシングです。
• 不均衡は増大していますか？30日間の電圧のばらつきを比較してください。35 mVで安定しているのは許容範囲です。週に5 mV増加している場合はサービスが必要です。
• 温度のばらつきはどのくらいですか？最も冷たいセルが最も熱いセルよりも5°C低い場合、不均衡は熱的なものであり、電気的なものではありません。
• フル再キャリブレーションサイクルでクリアできますか？100% SoCまでゆっくりフル充電し、2時間保持した後、10%まで放電します。スプレッドが20 mV未満に狭まった場合、キャリブレーションの問題でした。

深刻度別の是正措置

モジュール内の個々のセルを交換しようとしないでください。交換されたセルは隣接セルと異なる内部抵抗と健康状態を持ちます。正しい行動は、保証の下で完全なモジュールを交換することです。

予防

• 出荷前にFATレポートでセルソーティングデータを要求します。
• キャビネットの温度を25°C ± 3°Cの範囲に保ちます。フィルターを清掃し、HVACを定期的にサービスします。
• 四半期ごとに少なくとも1回、フルバランシング充電を実行します。
• BMSログを毎月エクスポートし、アラームイベントだけでなく電圧スプレッドのトレンドを追跡します。

セル電圧不均衡は危機ではありません。これは早期警告です。10〜15年持つシステムは、誰かが6ヶ月目に35 mVの差に気づき、サービス訪問を予定するものであり、24ヶ月目にアラームが出て出力が制限されるのを待つものではありません。

Ruibitは、出荷するすべてのDawniceキャビネットのBMSデータトレンドをレビューし、リモートモニタリングが現場チームがダッシュボードでアラームを見る前に電圧差の成長を警告します。

よくある質問

Q: 30 mVのセル電圧差は正常ですか？ライフの初めには、10 mV未満を期待してください。3年目には、20〜30 mVが正常な老化です。40 mVを超える差が成長している場合は、調査が必要です。

Q: BMSをリセットすることでアラームを解除できますか？一時的には、はい。しかし、根本的な不均衡は数サイクル内に戻ってきます。診断なしにリセットすると問題を隠し、後で保証請求が無効になる可能性があります。

Q: 電圧不均衡によってどれくらいの容量を失いますか？40 mVの差は通常、使用可能な容量を3〜5%減少させます。80 mV以上では、10〜15%の損失と最も弱いセルの加速劣化を期待してください。

Q: 工場でのセル選別はこれを完全に防ぎますか？いいえ、しかし遅らせます。適切に選別されたシステムは5〜7年後に不均衡が発生し、適切に選別されていないシステムは12〜18ヶ月以内に問題を示します。

Q: 1つのセルが弱い場合、キャビネット全体を交換すべきですか？いいえ。弱いセルを含むモジュールを交換してください。モジュール内の個々のセルを交換することは推奨されません。なぜなら、内部抵抗が一致しないからです。