Bagaimana cara kerja keseimbangan baterai dan sirkuit perlindungan?

Saya sedang membangun baterai LiPo 4S yang ingin saya gabungkan dalam proyek speaker portabel dan saya perlu memastikan baterai tidak akan pernah membutuhkan perawatan selain menggantinya sepenuhnya dalam 5 tahun atau lebih. Baterai yang saya gunakan adalah NCR18650B sehingga harus cukup baik.

Saya menggunakan papan BMS berikut yang menggunakan IC pengisian Seiko :

Untuk menguji apakah ini berfungsi dengan baik, saya sengaja tidak seimbang sel dengan mengisi ulang hingga 4V dan saya meninggalkan 3 sel lainnya pada tegangan yang sama yaitu 3,85V.

Catu daya bangku diatur ke 16.8V untuk pengisian daya dan hal-hal berikut dapat diamati:

1. Segera setelah baterai pertama diisi ke 4.25V, paket diputuskan dari catu daya. Dalam kasus khusus ini, total energi dalam kemasan cukup rendah karena baterai di mana secara signifikan tidak seimbang. Mengapa tidak memutus hanya sel yang paling bermuatan?
2. Saya tidak dapat mendeteksi keseimbangan dengan catu daya hidup atau mati, setelah BMS memutuskan pengisian dilakukan. Tidak ada arus yang mengalir dari sel yang paling bermuatan.
3. Saya mencoba papan penyeimbang alternatif dan perilaku ini tampaknya konsisten. Semua PCB penyeimbang komersial "bekerja" dengan cara yang sama?

Bagaimana cara menyeimbangkan ini bekerja? Apa yang akan menjadi pilihan terbaik untuk skenario saya di mana saya memerlukan paket 4S dari mana beban akan menarik puncak ~ 1A untuk periode waktu yang singkat?

Saya telah membaca satu bab dari buku yang sangat bagus yang menjawab semuanya.

Saya sangat merekomendasikan membaca bab atau buku itu tetapi jika Anda ingin cerita yang sangat pendek hal-hal seperti ini.

• Biasanya diasumsikan bahwa paket dirakit dengan sel seimbang sehingga BMS reguler tidak dirancang untuk menyeimbangkan perbedaan besar.
• Biasanya sel-sel lithium memiliki tingkat self-discharge yang sangat rendah dan cukup berimbang sehingga hanya penyeimbangan kecil diperlukan untuk menjaga paket dalam keadaan baik.
• Kebanyakan papan BMS yang memiliki penyeimbangan hanya melewatkan arus yang sangat kecil dari sel yang paling bermuatan ke resistor shunt sehingga mereka secara efektif membuang muatan sampai sel-sel lain mencapai tingkat yang sama.
• Kebanyakan sirkuit balancing tidak meneruskan arus dari sel ke yang lain (balancing aktif) karena lebih mahal untuk melakukannya.
• Bergantung pada sirkuit pengisian daya, keseimbangan tidak selalu aktif tetapi mungkin hanya aktif selama dan dari pengisian daya. Karena ketidakseimbangan yang besar seharusnya tidak terjadi, adalah bodoh untuk membuang energi dari sel yang lebih bermuatan ketika paket terputus dari catu daya.
• Dibutuhkan banyak siklus untuk menyeimbangkan sel. Tentu saja, tergantung pada rangkaian hal-hal yang mungkin bervariasi tetapi Anda dapat mengharapkan untuk menyeimbangkan perbedaan 10% dalam 30 atau lebih siklus pengisian.
• Ketidakseimbangan per siklus sel LiPo yang cocok dengan benar biasanya kurang dari 0,1%

Teknik penyeimbangan sederhana ini yang paling mungkin diterapkan di papan BMS umum bekerja seperti ini:

P-MOSFET penyeimbang internal untuk sel tertentu, yang perlu seimbang, dihidupkan terlebih dahulu. Ini menciptakan arus bias level rendah melalui pembagi resistor eksternal, yang menghubungkan terminal sel ke IC pengontrol keseimbangan sel baterai. Tegangan gerbang-ke-sumber dengan demikian dibuat melintasi R2, dan MOSFET eksternal dihidupkan. On-resistance MOSFET eksternal dapat diabaikan dibandingkan dengan resistensi keseimbangan sel eksternal dan arus penyeimbang eksternal, I BAL, diberikan oleh I BAL = V CELL / R BAL. Dengan memilih nilai resistansi R BAL dengan benar, kita bisa mendapatkan arus penyeimbang sel yang diinginkan, yang bisa jauh lebih tinggi daripada arus penyeimbang sel internal dan dapat mempercepat proses penyeimbangan sel.