Wie funktioniert eine Batteriebilanz- und Schutzschaltung?

Ich baue einen 4S LiPo-Akku, den ich in ein Projekt für tragbare Lautsprecher integrieren möchte, und ich muss sicherstellen, dass die Akkus in etwa 5 Jahren nicht gewartet werden müssen, außer dass sie vollständig ausgetauscht werden. Die Batterien, die ich benutze, sind NCR18650B, also sollten sie ziemlich anständig sein.

Ich verwende die folgende BMS-Karte , die einen Seiko-Lade-IC verwendet :

Um zu testen, ob dies richtig funktioniert, habe ich eine Zelle absichtlich aus dem Gleichgewicht gebracht, indem ich sie auf 4 V aufgeladen habe, und die anderen 3 Zellen bei der gleichen Spannung von 3,85 V belassen.

Die Tischstromversorgung ist zum Laden auf 16,8 V eingestellt und die folgenden Dinge können beobachtet werden:

1. Sobald der erste Akku auf 4,25 V aufgeladen ist, wird der Akku von der Stromversorgung getrennt. In diesem speziellen Fall ist die Gesamtenergie im Pack ziemlich niedrig, da die Batterien erheblich unausgeglichen waren. Warum nicht nur die am meisten geladene Zelle trennen?
2. Ich kann keinen Ausgleich bei ein- oder ausgeschaltetem Netzteil feststellen, nachdem das BMS entschieden hat, dass der Ladevorgang abgeschlossen ist. Aus der am meisten geladenen Zelle fließt kein Strom.
3. Ich habe ein alternatives Balancing Board ausprobiert und dieses Verhalten scheint konsistent zu sein. Alle kommerziellen Auswuchtplatinen "funktionieren" auf die gleiche Weise?

Wie funktioniert das alles tatsächlich? Was wäre die beste Option für mein Szenario, in dem ich ein 4S-Pack benötige, aus dem die Last für kurze Zeit Spitzen von ~ 1A zieht?

Ich habe ein Kapitel aus einem sehr guten Buch gelesen, das alles beantwortet.

Ich empfehle dringend, dieses Kapitel oder das Buch zu lesen, aber wenn Sie die sehr kurze Geschichte wollen, sind die Dinge so.

• Normalerweise wird angenommen, dass eine Packung mit ausgeglichenen Zellen zusammengesetzt ist, daher ist ein reguläres BMS nicht dafür ausgelegt, große Unterschiede auszugleichen.
• Normalerweise haben Lithiumzellen eine sehr niedrige Selbstentladungsrate und sind ziemlich gleichmäßig aufeinander abgestimmt, so dass nur ein geringer Ausgleich erforderlich ist, um die Packung in gutem Zustand zu halten.
• Die meisten BMS-Karten mit Ausgleich leiten nur einen sehr kleinen Strom von der am meisten geladenen Zelle zu einem Nebenschlusswiderstand, sodass sie effektiv Ladung verschwenden, bis die anderen Zellen das gleiche Niveau erreichen.
• Die meisten Ausgleichsschaltungen leiten keinen Strom von einer Zelle zu einer anderen (aktiver Ausgleich), da dies teurer ist.
• Je nach Ladekreis ist der Ausgleich nicht immer aktiv, sondern möglicherweise nur während und während des Ladevorgangs aktiv. Da ein großes Ungleichgewicht nicht auftreten sollte, wäre es dumm, Energie aus einer stärker geladenen Zelle zu verschwenden, wenn das Pack von der Stromversorgung getrennt wird.
• Es dauert viele Zyklen, um die Zellen auszugleichen. Abhängig von der Schaltung können die Dinge natürlich variieren, aber Sie können erwarten, dass in etwa 30 Ladezyklen ein Unterschied von 10% ausgeglichen wird.
• Das Ungleichgewicht pro Zyklus von richtig angepassten LiPo-Zellen beträgt normalerweise weniger als 0,1%

Diese einfache Auswuchttechnik, die höchstwahrscheinlich in gängigen BMS-Karten implementiert ist, funktioniert folgendermaßen:

Der interne Ausgleichs-P-MOSFET für eine bestimmte Zelle, der ausgeglichen werden muss, wird zuerst eingeschaltet. Dies erzeugt einen Vorspannungsstrom mit niedrigem Pegel durch die externen Widerstandsteiler, die die Zellenanschlüsse mit dem IC des Batteriezellenausgleichsreglers verbinden. Die Gate-Source-Spannung wird somit über R2 hergestellt und der externe MOSFET wird eingeschaltet. Der Einschaltwiderstand des externen MOSFET ist im Vergleich zum externen Zellenausgleichswiderstand vernachlässigbar, und der externe Ausgleichsstrom I BAL ist gegeben durch I BAL = V CELL / R BAL. Durch richtige Auswahl des R BAL-Widerstandswerts können wir den gewünschten Zellenausgleichsstrom erhalten, der viel höher sein kann als der interne Zellenausgleichsstrom und den Zellausgleichsprozess beschleunigen kann.