ทำไมแบตเตอรี่ลิเธียมถึงต้องมีการปรับสมดุลของแบตเตอรี่?

ในบริบทปัจจุบันของการตระหนักรู้มากขึ้นเกี่ยวกับการปกป้องสิ่งแวดล้อม แบตเตอรี่ลิเธียมซึ่งเป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ กำลังค่อยๆ กลายเป็นตัวเลือกหลัก อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ลิเธียมอาจมีปัญหา เช่น ความจุไม่ตรงกันและความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้ามากเกินไปในระหว่างการใช้งานระยะยาว ซึ่งจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีการปรับสมดุลแบตเตอรี่ บทความนี้จะสำรวจว่าเหตุใดแบตเตอรี่ลิเธียมจึงต้องมีการปรับสมดุลของเซลล์ และอธิบายถึงความสำคัญและวิธีการบรรลุผลดังกล่าว

แบตเตอรี่ลิเธียมผ่านการปรับสมดุลแบตเตอรี่ และแต่ละหน่วยในชุดแบตเตอรี่สามารถตรวจสอบและบำรุงรักษาได้อย่างมีประสิทธิภาพในสถานะการชาร์จที่ดี (State of Charge, SoC) สิ่งนี้ไม่เพียงเพิ่มจำนวนรอบของแบตเตอรี่ แต่ยังให้การป้องกันเพิ่มเติมต่อความเสียหายต่อเซลล์แบตเตอรี่เนื่องจากการชาร์จมากเกินไป/การคายประจุลึก

การปรับอีควอไลเซอร์แบบแอคทีฟและพาสซีฟ

การปรับอีควอไลเซอร์แบบพาสซีฟใช้ประจุส่วนเกินผ่านตัวต้านทานแบบตกเลือด เพื่อให้เซลล์แบตเตอรี่ทั้งหมดมีค่า SoC เท่ากันโดยประมาณ แต่จะไม่ยืดเวลาการทำงานของระบบ โดยปกติแล้ว การทำให้เท่าเทียมกันที่ใช้ตัวต้านทานเพื่อกระจายพลังงานเรียกว่าการทำให้เท่าเทียมกันแบบพาสซีฟ

การปรับสมดุลแบบแอ็คทีฟเป็นเทคนิคการปรับสมดุลที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งจะเพิ่มเวลารันไทม์ของระบบโดยการเพิ่มประจุทั้งหมดที่มีในแพ็ก เนื่องจากมีการกระจายประจุซ้ำภายในเซลล์ระหว่างรอบการชาร์จและการคายประจุ เมื่อเทียบกับการทำอีควอไลเซอร์แบบพาสซีฟ การปรับอีควอไลเซอร์แบบแอคทีฟสามารถลดเวลาในการชาร์จและลดความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างอีควอไลเซอร์ โดยปกติแล้ว การทำให้เท่าเทียมกันที่ทำได้ผ่านการถ่ายโอนความจุเรียกว่าการทำให้เท่าเทียมกันแบบแอ็คทีฟ

Active Cell Balanced Discharge

ดังที่แสดงในรูปด้านล่าง เป็นชุดแบตเตอรี่ทั่วไปที่เต็มความจุ ความจุเต็มหมายถึงความสามารถในการชาร์จถึง 90% เนื่องจากการเก็บแบตเตอรี่ไว้ที่ (หรือใกล้เคียง) 100% เป็นเวลานานจะทำให้อายุการใช้งานสั้นลง และการคายประจุเต็มหมายถึงการคายประจุถึง 30% ซึ่งจะป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่เข้าสู่สถานะคายประจุลึก
เมื่อเวลาผ่านไป คุณสมบัติของแบตเตอรี่บางรุ่นจะแย่ลงกว่าแบตเตอรี่อื่นๆ แม้ว่าเซลล์แบตเตอรี่บางเซลล์จะยังมีความจุเหลืออยู่มาก เซลล์แบตเตอรี่ที่อ่อนแอจะจำกัดเวลาการทำงานของระบบ 5% ของความจุแบตเตอรี่ที่ไม่ตรงกันจะทำให้พลังงาน 5% ไม่มีประสิทธิภาพ สำหรับแบตเตอรี่ความจุสูง หมายความว่ามีการสูญเสียพลังงานจำนวนมาก สถานการณ์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับระบบรีโมตและระบบที่บำรุงรักษาไม่ง่าย พลังงานที่ไม่ได้ใช้ยังนำไปสู่การเพิ่มรอบการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ที่ลดลง และค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแบตเตอรี่บ่อยครั้ง

ด้วยการปรับสมดุลแบบแอคทีฟ ประจุจะถูกกระจายจากเซลล์ที่แข็งแรงไปยังเซลล์ที่อ่อนแอ ทำให้แบตเตอรี่หมดพลังงาน

การชาร์จแบบสมดุลของเซลล์ที่ใช้งานอยู่

ถ้าแพ็คถูกชาร์จโดยไม่มีการทำให้เท่ากัน เซลล์ที่อ่อนแอจะเต็มความจุก่อนเซลล์ที่แข็งแรง ซึ่งจะกลายเป็นปัจจัยจำกัดอีกครั้ง ณ จุดนี้ พวกเขาจำกัดพลังงานทั้งหมดที่สามารถเก็บไว้ในระบบ

การทำอีควอไลเซอร์แบบแอคทีฟสามารถทำให้ก้อนแบตเตอรี่มีความจุเต็มโดยการกระจายประจุใหม่ระหว่างการชาร์จ สัดส่วนของเวลาอีควอไลเซอร์และผลกระทบของอีควอไลเซอร์ตามเวลาปัจจุบันจะไม่กล่าวถึงในเชิงลึกที่นี่

ข้อดีและข้อเสียของการทำให้เท่าเทียมกันแบบแอคทีฟและพาสซีฟ

การปรับสมดุลแบตเตอรี่แบบแอคทีฟและการปรับสมดุลแบตเตอรี่แบบพาสซีฟสามารถส่งเสริมสุขภาพของระบบแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยการตรวจสอบและจับคู่สถานะการชาร์จของเซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์ ซึ่งแตกต่างจากการปรับสมดุลแบตเตอรี่แบบพาสซีฟซึ่งใช้เฉพาะค่าใช้จ่ายส่วนเกินระหว่างการชาร์จ การปรับสมดุลแบตเตอรี่แบบแอ็คทีฟสามารถใช้ได้ระหว่างการชาร์จและการคายประจุ เรียกเก็บค่าแจกจ่ายในช่วงเวลานี้ ดังนั้นการปรับสมดุลเซลล์แบบแอ็คทีฟสามารถยืดเวลารันไทม์ของระบบและปรับปรุงประสิทธิภาพการชาร์จด้วย การปรับสมดุลเซลล์แบบแอคทีฟต้องการโซลูชันที่มักจะซับซ้อนกว่าและมีขนาดใหญ่กว่า ในขณะที่การปรับสมดุลเซลล์แบบพาสซีฟนั้นคุ้มค่ากว่า

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการปรับสมดุลแบตเตอรี่ในด้านแบตเตอรี่ลิเธียมได้กลายเป็นวิธีสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบจัดเก็บพลังงานและยืดอายุแบตเตอรี่ การตรวจสอบและปรับสถานะของแบตเตอรี่แต่ละก้อนในชุดแบตเตอรี่ ทำให้ระบบปรับสมดุลแบตเตอรี่ทำให้ประสิทธิภาพโดยรวมของแบตเตอรี่ลิเธียมมีความเสถียรและเชื่อถือได้มากขึ้น ด้วยความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เราคาดหวังได้ว่าเทคโนโลยีการปรับสมดุลแบตเตอรี่ขั้นสูงจะให้การสนับสนุนที่ดีขึ้นสำหรับการพัฒนาระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียม