Sự mất cân bằng điện áp cell trong pin C&I: Nguyên nhân, Rủi ro và Cách khắc phục

Sự mất cân bằng điện áp cell trong pin C&I: Nguyên nhân, Rủi ro và Cách khắc phục

Câu trả lời nhanh:Cảnh báo mất cân bằng điện áp tế bào có nghĩa là sự chênh lệch điện áp giữa các tế bào cao nhất và thấp nhất trong một chuỗi đã vượt quá ngưỡng BMS — thường là 30–50 mV. Nếu không được giải quyết, tế bào yếu nhất sẽ đặt giới hạn sạc/xả cho toàn bộ tủ, giảm dung lượng sử dụng từ 5–15% trong vài tháng. Hầu hết các sự mất cân bằng xuất phát từ khoảng cách phân loại tế bào, gradient nhiệt độ, hoặc một mạch cân bằng đang gặp sự cố. Đây chưa phải là một sự cố, nhưng là một cảnh báo sớm cần được ghi lại và điều tra.

Ý nghĩa thực sự của "mất cân bằng"

Trong một chuỗi 168 tế bào ở 3.2 V danh nghĩa, điện áp của gói khoảng 537.6 V. Mỗi tế bào bắt đầu gần 3.2 V, nhưng qua các chu kỳ chúng trôi dạt. BMS đo điện áp của mỗi tế bào mỗi vài giây. Khi khoảng cách giữa tế bào cao nhất và thấp nhất vượt qua 30 mV, BMS sẽ phát cảnh báo. Ở 50 mV, nó phát cảnh báo và có thể giảm công suất sạc hoặc dòng điện.

BMS không thể làm cho một tế bào yếu trở nên mạnh hơn. Nó chỉ có thể làm chậm các tế bào mạnh hơn (cân bằng thụ động) hoặc di chuyển điện giữa chúng (cân bằng chủ động). Nếu nguyên nhân cơ bản là một tế bào bị lỗi, không có biện pháp cân bằng nào có thể khắc phục được.

Nguyên nhân phổ biến

1. Phân loại tế bào không đầy đủ tại nhà máyĐây là nguyên nhân gốc rễ trong hầu hết các sự mất cân bằng giai đoạn đầu. Nếu các tế bào từ các lô sản xuất khác nhau được lắp ráp trong cùng một chuỗi, tỷ lệ tự xả của chúng khác nhau. Trong vòng 6–12 tháng của chu kỳ hàng ngày, sự chênh lệch điện áp sẽ mở rộng. Nhà cung cấp nên phân loại các tế bào theo dung lượng và điện trở nội bộ trước khi đóng gói.

2. Gradient nhiệt độ bên trong tủCác tế bào gần lỗ thông gió làm mát chạy mát hơn 3–5°C so với các tế bào gần tường tủ. Các tế bào LFP suy giảm nhanh hơn ở nhiệt độ cao hơn, vì vậy các tế bào nóng hơn sẽ mất dung lượng nhanh hơn. Trong 2–3 năm, điều này tạo ra một khoảng cách điện áp liên tục. Đây là lý do tại sao các hệ thống làm mát bằng chất lỏng với độ đồng nhất ±2.5°C hoạt động tốt hơn so với các hệ thống làm mát bằng không khí ở những vùng khí hậu nóng.

3. Một tế bào gặp sự cố hoặc ngắn mạch nội bộMột tế bào có tỷ lệ tự xả cao hơn các tế bào khác. Nó nằm hơi thấp hơn sau mỗi lần sạc và hơi cao hơn sau mỗi lần xả (điện áp phục hồi nhanh hơn từ trạng thái thấp hơn). Sự mất cân bằng gia tăng theo từng tháng. Đây là nguyên nhân duy nhất yêu cầu thay thế mô-đun.

4. Sự cố mạch cân bằng thụ độngCác điện trở xả của BMS mà cân bằng điện áp tế bào trong quá trình cân bằng tối đa có thể bị cháy. Một điện trở bị lỗi có nghĩa là một tế bào không bao giờ được cân bằng, và điện áp của nó sẽ trôi dạt. Đây là sửa chữa cấp bảng, không phải vấn đề của tế bào.

5. Sự trôi của ước lượng SoCĐôi khi "mất cân bằng" được hiển thị không phải là một vấn đề phần cứng thực sự — thuật toán SoC của BMS đơn giản chỉ là đã trôi ra khỏi hiệu chuẩn. Một chu kỳ sạc-xả đầy đủ sẽ hiệu chỉnh lại các ước lượng và cảnh báo sẽ được xóa.

Rủi ro nếu bị bỏ qua

• Giảm dung lượng sử dụng.Cell yếu nhất đặt giới hạn sạc. Nếu nó đạt 3.65 V sớm, việc sạc sẽ dừng lại trước khi gói đầy. Mất dung lượng từ 5–10% mỗi năm là điều bình thường.
• Suy giảm nhanh chóng.Cell yếu hơn sẽ xả sâu hơn so với các cell khác, làm tăng tốc độ suy giảm của chính nó. Một vòng xoáy không kiểm soát dẫn đến việc thay thế mô-đun.
• Rủi ro an toàn.Một cell có ngắn mạch bên trong có thể nóng lên nhanh hơn bình thường. Cảnh báo mất cân bằng là một trong những tín hiệu dễ phát hiện nhất trước khi xảy ra sự kiện nhiệt.
• Từ chối bảo hành.Nếu nhật ký BMS cho thấy một cảnh báo mất cân bằng không được giải quyết trong 12 tháng, nhà sản xuất có thể lập luận rằng vấn đề liên quan đến bảo trì, không phải là lỗi sản xuất.

Cách chẩn đoán

Khi cảnh báo được kích hoạt, đừng đặt lại nó. Xuất dữ liệu BMS và tìm kiếm:

• Số cell nào luôn thấp hoặc cao?Nếu luôn là cùng 2–3 cell, chúng bị lỗi. Nếu các vị trí di chuyển giữa các chu kỳ, vấn đề là do nhiệt độ hoặc cân bằng.
• Sự mất cân bằng có đang gia tăng không?So sánh sự phân tán điện áp trong 30 ngày. Ổn định ở mức 35 mV là chấp nhận được. Tăng 5 mV mỗi tuần cần phải bảo trì.
• Sự phân tán nhiệt độ là gì?Nếu cell lạnh nhất lạnh hơn 5°C so với cell nóng nhất, sự mất cân bằng là do nhiệt, không phải điện.
• Một chu kỳ hiệu chỉnh đầy đủ có làm sạch nó không?Chạy một lần sạc đầy chậm đến 100% SoC, giữ trong 2 giờ, sau đó xả đến 10%. Nếu độ chênh lệch thu hẹp xuống dưới 20 mV, đó là vấn đề hiệu chỉnh.

Các hành động khắc phục theo mức độ nghiêm trọng

Đừng cố gắng thay thế các tế bào riêng lẻ bên trong một mô-đun. Tế bào được thay thế sẽ có điện trở nội bộ và trạng thái sức khỏe khác với các tế bào lân cận. Hành động đúng là thay thế toàn bộ mô-đun theo bảo hành.

Phòng ngừa

• Yêu cầu dữ liệu phân loại tế bào trong báo cáo FAT trước khi giao hàng.
• Duy trì nhiệt độ tủ trong khoảng 25°C ± 3°C. Làm sạch bộ lọc và bảo trì HVAC theo lịch.
• Chạy một lần sạc cân bằng đầy đủ ít nhất một lần mỗi quý.
• Xuất nhật ký BMS hàng tháng và theo dõi xu hướng độ chênh lệch điện áp, không chỉ các sự kiện báo động.

Mất cân bằng điện áp tế bào không phải là một cuộc khủng hoảng. Nó là một cảnh báo sớm. Các hệ thống tồn tại 10–15 năm là những hệ thống mà ai đó nhận thấy sự chênh lệch 35 mV vào tháng thứ 6 và lên lịch một lần bảo trì, thay vì chờ đợi cảnh báo giảm công suất vào tháng thứ 24.

Ruibit xem xét các xu hướng dữ liệu BMS cho mỗi tủ Dawnice mà chúng tôi vận chuyển, và việc giám sát từ xa của chúng tôi đánh dấu sự gia tăng chênh lệch điện áp trước khi nhóm tại chỗ thấy cảnh báo trên bảng điều khiển.

Câu hỏi thường gặp

Q: Sự chênh lệch điện áp tế bào 30 mV có bình thường không?Vào đầu vòng đời, mong đợi dưới 10 mV. Đến năm thứ 3, 20–30 mV là sự lão hóa bình thường. Một sự chênh lệch trên 40 mV đang gia tăng cần được điều tra.

Q: Tôi có thể xóa cảnh báo bằng cách đặt lại BMS không?Tạm thời, có. Nhưng sự mất cân bằng cơ bản sẽ trở lại trong vài chu kỳ. Đặt lại mà không chẩn đoán sẽ che giấu vấn đề và có thể làm mất quyền yêu cầu bảo hành sau này.

Q: Tôi mất bao nhiêu dung lượng do mất cân bằng điện áp?Một sự chênh lệch 40 mV thường giảm dung lượng sử dụng từ 3–5%. Ở mức 80 mV hoặc hơn, mong đợi mất 10–15% và sự suy giảm nhanh chóng của các tế bào yếu nhất.

Q: Việc phân loại tế bào tại nhà máy có ngăn chặn điều này hoàn toàn không?Không, nhưng nó trì hoãn điều đó. Các hệ thống được phân loại tốt thấy sự mất cân bằng phát triển sau 5–7 năm; các hệ thống phân loại kém cho thấy vấn đề trong vòng 12–18 tháng.

Q: Tôi có nên thay thế toàn bộ tủ nếu một tế bào yếu không?Không. Thay thế mô-đun chứa cell yếu. Việc thay thế các cell riêng lẻ trong một mô-đun không được khuyến nghị vì điện trở nội bộ của chúng sẽ không khớp nhau.