Thiết kế, chế tạo mạch cân bằng cho 12 cell nối tiếp trong bộ pin của máy đẩy cuda M1200

Thông tin khoa học công nghệ T. Đ. Cường, , P. S. Tùng, “Thiết kế, chế tạo mạch cân bằng máy đẩy Cuda M1200.” 222 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH CÂN BẰNG CHO 12 CELL NỐI TIẾP TRONG BỘ PIN CỦA MÁY ĐẨY CUDA M1200 Trịnh Đình Cường1*, Nguyễn Văn Khôi2, Trần Ngọc Lâm2, Phạm Sơn Tùng1 Tóm tắt: Bài báo thực hiện việc thiết kế, chế tạo mạch cân bằng điện áp cho các bộ pin gồm 12 cell Li-ion ghép nối tiếp dùng trong khối pin của máy đẩy Cuda M1200. Với mục tiêu là tăng độ an toàn và sử dụng hiệu quả cho các khối pin Li- ion nói riêng, bài báo tạo tiền đề cho việc mở rộng nghiên cứu ứng dụng các hệ thống quản lý, giám sát và bảo vệ các khối pin nói chung trong các trang thiết bị khí tài quân sự hiện nay. Từ khóa: Hệ thống quản lý pin; Quản lý cell; Bảo vệ cell Li-ion; Cân bằng cell Li-ion. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, pin Lithium-ion (Li-ion) là loại pin sạc được sử dụng phổ biến nhất trong các thiết bị điện cầm tay, bởi mật độ năng lượng cao, số lần sạc lớn và tỷ lệ tự xả thấp. Bằng cách ghép nối tiếp hoặc song song nhiều cell Li-ion với nhau, tạo nên các bộ pin với điện áp và dung lượng lớn, dùng cho các loại xe điện, xe máy điện và ô tô điện. Pin Li-ion đã và đang được chú trọng phát triển nhiều trong quân đội, ứng dụng cho các loại máy thông tin, phương tiện di chuyển chạy điện trên mặt đất, dưới nước và làm nguồn riêng cung cấp điện cho một số loại vũ khí trang bị và khí tài đặc chủng như ngư lôi, thủy lôi,... Một trong những vấn đề quan trọng nhất của pin Li-ion là độ an toàn, do pin Li-ion chứa dung dịch điện ly dễ cháy, lại được nén dưới áp suất cao nên nó trở lên đặc biệt nguy hiểm khi bị rò rỉ hoặc sạc, xả với dòng điện lớn. Nhiều trường hợp cháy nổ đã xảy ra khi sử dụng pin Li-ion. Để tăng độ an toàn và kéo dài thời gian sử dụng hiệu quả của một khối pin Li-ion, các hệ thống quản lý pin (Battery Management Systems – BMS) được sử dụng kết hợp với bộ pin để thực hiện nhiệm vụ giám sát, quản lý và bảo vệ toàn bộ khối pin và từng cell Li-ion bên trong khối pin đó. Để thực hiện các chức năng trên, một hệ thống quản lý pin thường gồm các khối chức năng như bảo vệ, giám sát, cân bằng cell và truyền thông. Các bộ pin Li-ion đang sử dụng hiện nay mới chỉ dừng ở chức năng bảo vệ, giám sát và truyền thông đối với cả khối pin. Do sự sai khác nhau về thành phần hóa học, bản thân các cell Li-ion cùng loại cũng có sự sai khác nhau về đặc tính điện. Khi ghép nối tiếp, song song nhiều cell, khối pin sẽ xuất hiện sự mất cân bằng giữa các cell và nhóm cell bên trong. Đặc biệt, khi sạc cho nhiều cell ghép nối tiếp, sẽ xuất hiện việc một 1 cell đã được sạc đầy trong khi cell bên cạnh vẫn chưa được sạc đầy, hoặc việc 1 cell bị xả quá ngưỡng trong khi cell kia vẫn đang xả. Nếu sự chênh lệnh điện áp giữa 2 cell liên tiếp lớn, dòng điện sạc cho cả khối pin vẫn được duy trì ở mức cao để sạc đầy cho các cell khác. Khi đó, cell đã sạc đầy vẫn có dòng điện sạc đi vào, gây ra hiện tượng quá áp và làm cho nhiệt độ cell tăng lên, điều này hết sức nguy hiểm khi khối pin được đặt bên trong hộp kín, không có khả năng đo kiểm điện áp và nhiệt độ bên trong khối pin. Việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mạch cân bằng cell không chỉ giúp khối pin an toàn hơn, chu kỳ sống dài hơn mà còn giúp cho thiết bị sử dụng pin đó an toàn, kéo dài thời gian sử dụng hiệu quả. Đặc biệt là các thiết bị quân sự phục vụ cho huấn luyện, diễn tập và chiến đấu của bộ đội. Bài báo này trình bày một phương pháp thiết kế, chế tạo mạch cân bằng cell dùng cho các khối pin gồm nhiều cell Li-ion mắc nối tiếp nhau. 2. NỘI DUNG 2.1. Cân bằng cell là gì Cân bằng cell là một kỹ thuật trong đó mức điện áp của từng cell riêng lẻ ghép nối tiếp trong 1 khối pin được duy trì bằng nhau để khối pin đó đạt được hiệu quả sử dụng cao Thông tin Tạp chí Nghi nh hư cell và không s cao nh cách n sánh đi đóng, m ch khác nhau. với các biến thể cell giống nhau. dòng x ion ghép n thư tập trung v 2.2. đư dòng cân b dụng chính sau: 2.2.1. S và cân b trở cân bằng). Mỗi cell mắc nối tiếp trong 1 khối pin có một điện trở cân bằng ri đư cho cell có đi ất. Thông th ớng thay đổi do nhiều lý do, v . Khi đó, kh Nguyên lý th ạy qua mạch FET v Các nguyên nhân gây ra m - M - Khác nha - Khác nhau v - Hi Hi ớc mạch m K Kỹ thuật cân bằng cell thụ động l ợc sử dụng trong những thiế Phương pháp này s ợc nối qua một Mosfet nh Bộ điều khiển cân bằng sẽ th ất th ối song song với các cell đó bằng một mạch FET v ện áp đầu ra với điện áp ng ất cân bằng trong quá tr ả thực hiện. ện t ện nay, nhiều kỹ thuật khác nhau đ ỹ thuật cân bằng cell ạc khoa h ử dụng đẩy đủ điện áp của khối pin. Do đó, để sử dụng khối pin với hiệu quả ì b ở mạch FET v ư ối tiếp, t ào k ằng, thời gian cân bằng qua ằng nó với các cell khác. Điện trở Shunt n ên c ắt buộc phải có cân bằng cell đi k ợng nhiệt cục bộ: l ọc công nghệ ứu KH&CN ường khi sạc hoặc xả 1 khối pin, điện áp của từng cell b ối pin sẽ bị quá nhiệt tại cell, suy giảm chất l ực hiện cân bằng u v à lựa chọn kỹ thuật t ỹ thuật cân bằng cell thụ động cho các cell ghép nối tiếp. điện trở Shunt ện áp cao h ề dung l ề trở kháng của từng cell: gây ra sự khác nhau về điện áp khi d ùy thu à th à cell đó đư ử dụng một điện trở Shunt l Hình 1. ư ộc v ơn các cell khác. Khi Mosfet đư quân s ực h ợng của từng cell: th th ư h M iện việc bỏ qua cell đ ất cân bằng cell ình s àm suy gi ào các tiêu chí v ụ động t k ình 1. ạch cân bằng sử dụng điện trở bỏ qua. ự, Số à s cell là b ợc bảo vệ. ế có sự giới hạn về kích th . K ường xuy ự thay đổi mức điện áp n ưỡng ban đầu. Căn cứ kết quả so sánh để điều khiển ạc: do các cell đ ương à k ỹ thuật cân bằng thụ động gồm có 2 ph 61 ảm một số ư ứng. Trong phạm , 6 ỏ qua một v ợc sử dụng để cân bằng điện áp của các cell Li ỹ thuật cân bằng đ ên đo đi - 20 èm. [1] ề hiệu quả, loại h 19 g ường khoảng 1% đến 2% dung l àm t ày đư ã ồm: cell nhanh hơn cell khác. ện áp của từng cell v ài cell trong quá trình s đầy hoặc cạn. Khi đó d ược sạc với các mức trạng thái sạc ải giả để xả điện á ợc gọi l à đi ày làm m ượng của cell, không sạc đầy ều khiển bằng thuật toán so vi nghiên c ơn gi ợc bật, cell đó bắt đầu phóng ình s ước, chi phí v à đi ản nhất trong tất cả, nó ện trở bỏ qua (hay điện ất cân bằng giữ các ử dụng, chi phí, kích ứu n p dư khi cell đ à s ên trong có xu ày, bài báo ch à yêu c ương pháp s ẽ bật Mosfet ạc, xả, bằng òng òng x đi ượng đối êng và 223 ện chỉ ạc v ầu về à - ỉ ử ầy Thông tin khoa học công nghệ T. Đ. Cường, , P. S. Tùng, “Thiết kế, chế tạo mạch cân bằng máy đẩy Cuda M1200.” 224 điện qua các điện trở cân bằng. Dựa vào giá trị điện trở cân bằng, có thể tính được dòng tiêu tán của cell đó. Ngoài ra, còn sử dụng một tụ để lọc các xung điện áp cao trong quá trình chuyển đổi. Phương pháp trên có một nhược điểm là phần lớn dòng xả trên Mosfet được tích hợp vào IC điều khiển, dễ gây hỏng IC và do đó phải giới hạn dòng xả ở giá trị thấp và do đó làm tăng thời gian xả. Một cách khắc phục nhược điểm này là sử dụng IC cân bằng cell kết hợp với Mosfet ngoài để dẫn dòng xả chạy chỉ chạy qua điện trở cân bằng, không làm hỏng IC cân bằng như hình 2. 2.2.2. Các IC cân bằng cell thụ động Phương pháp này sử dụng các IC có chức năng cân bằng cell bên trong, phối với với một mạch cân bằng ngoài để bảo vệ IC và tăng tốc độ cân bằng nhanh hơn. Trong hình 2, Mosfet kênh P được tích hợp sẵn ở bên trong IC cân bằng, bình thường Mosfet Q1 sẽ được kích hoạt bởi IC khi kết nối với cell. Khi đó cell sẽ xả điện thông qua R1, R2, giá trị R2 được lựa chọn sao cho với 1 giá trị dòng điện xả nào đó, điện áp rơi trên đó đủ để kích hoạt Mosfet kênh N, khi đó điện áp cell đạt điện áp ngưỡng thiết lập ban đầu để cân bằng cell. Khi đó Mosfet Q2 được bật, dòng điện bây giờ sẽ chạy qua điện trở cân bằng R_Bal. Giá trị R_Bal được lựa chọn thấp và chịu công suất lớn để có thể cho dòng điện xả lớn đi qua, và do đó, cell sẽ xả điện nhanh hơn, thời gian cân bằng ngắn hơn. Hình 2. Mạch cân bằng sử dụng IC cân bằng cell thụ động. Khi điện áp cell nhỏ hơn điện áp ngưỡng, thì hết cân bằng cell, lúc này Mosfet Q2 bị tắt bởi IC, dòng điện xả của cell sẽ lại chay qua R1 và R2. Khi đó Mosfet Q1 bị tắt và dòng điện cân bằng bị ngắt. Hiện nay, giải pháp cân bằng cell thụ động bằng IC chuyên dụng gồm 2 loại: loại IC chỉ có 1 chức năng cân bằng cell và loại IC tích hợp nhiều chức năng quản lý pin, trong đó đó chức năng cân bằng cell bên trong, tùy theo ứng dụng cụ thể mà sử dụng loại IC tương ứng. Trong hầu hết trường hợp, ứng dụng đã yêu cầu cân bằng cell thì thường yêu cầu cả các chức năng về quản lý, giám sát và bảo vệ toàn bộ khối pin. Do đó, việc sử dụng các IC quản lý pin nói chung thường được ưu tiên lựa chọn hơn trong các thiết kế liên quan pin Phương pháp sử dụng các IC cân bằng cell được sử dụng nhiều nhất trong kỹ thuật cân bằng cell thụ động, nhờ tính đơn giản, chi phí thấp và đặc biệt phù hợp cho những thiết bị, khối pin yêu cầu giới hạn kích thước mạch cân bằng cell. Lúc này, thay vì thiết kế, tính toán rất nhiều về phần cứng, chúng ta sử dụng vài IC chuyên dụng có sẵn của các hãng nổi tiếng như Texas, Seiko, Linear, Intersil,... để xây dựng nên các mạch cân bằng cell Thông tin Tạp chí Nghi tương kết hợp kiểu xếp tầng để giám sát nhiều cell c phí phát tri 3 3.1. Xác đ ghép song song, m NCR18650B, d thi áp và nhi nhi bằng cell cho các pack pin gồm 12 cell ghép nối tiếp, mỗi cell đ bằng ri 3.2. Tính toán, thi vị trí lắp đặt các cell Li toàn b của bộ pin; v của h qu giá tr lưu tr đọc, ghi theo thuật toán đ với BQ76940 kết quả quản lý pin với máy tính hoặc mạch quản lý khác. Khi đó, bộ pin máy đẩy cần sử dụng nhiều mạch quản lý pin BQ76940 từng cell Li . THI Bộ pin của Máy đẩy Cuda M1200 đ ết kế tích hợp với hệ thống quản lý pin BMS gồm các mạch giám sát (d ệt), mạch cân bằng cell v Trong ph M - Ngư - Dòng cân b Do kh Trên cơ s ản lý cân bằng cell theo từng nhóm 5 cell li Tr ứng, ng êng. ạch cân bằng cell cần đạt các thông số nh ộ hệ thống mạch BMS l ãng Texas, BQ76940 ị đo (đi ữ trong các thanh ghi b ong thi khoa h ển. ẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH CÂN BẰNG CHO 12 CELL NỐI TIẾP TRONG ịnh y ệt độ), mạch bảo vệ (quá d ỡn ối pin đ ên c ư ạm vi b g đi à thu ở đó, nhóm nghi ện áp v ết kế n đ -ion bên trong b ọc công nghệ ứu KH&CN ỡng điện áp cân bằng đ êu c ải điện áp hiệu dụng 2,5 ện áp mất cân bằng cell l ằng cell l ư ể ghi/đọc dữ liệu từ các thanh ghi; tính toán, l ầu b ỗi pack cell ghép nối tiếp 12 cell Li ết kế mạch cân bằng cell ợc thiết kế, chế tạo theo kích th ận tiện v à nhi ày, nhóm nghiên c ài báo này, chúng tôi ch BỘ PIN C ài toán à 50mA t -ion g ệt độ), thông tin trạng thái của từng cell, của cả pack cell đều đ ã có trong Vi Hình 3. quân s à m à gi ên c [4] ên trong. Thông tin trong các thanh ghi này đư ộ pin. ạch ần n à ph ảm chi phí trong thiết kế, sửa chữa v ứu lựa chọn sử dụng IC chuy , m ự, Số ỦA MÁY ĐẨY CUDA M1200 ại 4,1V khi sạc hư không thay đ ải nhỏ gọn; khi lắp v ột IC n Mạch cân bằng ngo òng x truy đi 61 ược đặt bằng phần mềm. Các IC n ã ch ền thông. à 50mV khi s ày có th ều khiển thông qua giao tiếp I2C. ứu sử dụng vi điều khiển MSP430G2553 giao tiếp - , 6 – 4,2V. Đ ả, quá d MSP430G2553 x - 20 ùng lúc và do dó ti ế tạo cấu trúc l ỉ tr ư sau: ể quản lý tối đa 15 cell nối tiếp, v ên ti 19 òng s ình bày v ư ếp. Các thông số thiết lập ban đầu v ể đảm bảo an to ạc ớc có sẵn b ổi đ ài kênh P ạc, quá áp, áp thấp, quá nhiệt, d ư ào không thay đ -ion, cell Li ề việc thiết kế, chế tạo mạch cân ợc, v à 12S12P, g ì v ên d ưu tr ếp chồng nhau để quản lý tới [3] ên trong thân máy đ ậy y ụng quản lý, kiểm soát pin ữ dữ liệu v . ết kiệm thời gian v ược nối với 1 mạch cân à phát tri -ion s àn, kh êu c ổi kết cấu của đ ày có th ồm 12 pack cell ầu chung đối với ử dụng l ối pin sẽ đ òng ển sau n ợc cập nhật v à truy đi à th ể sử dụng ện, điện ẩy, n ày. ực hiện ền thông 225 à chi à lo ư ã có à các ư ại ợc ưới ên ợc à 226 chúng tôi s xả điện của cell khi cân bằng, s kỳ xung cân bằng của BQ76940 v kế y là 51,25 mA. Công su bằng sử dụng có giá trị l càng nh hãng Texas, nhóm nghiên c giá tr IC BQ76940 có các m Trong đó: - R êu c Do đó, ch - Khóa Fet dùng đ - Diode zener dùng đ - Đi - Khâu l T. Đ. Cư bal ầu d ỏ c ện trở cổng R ị điện trở lọc R ử dụng mạch cân bằng ngo là đi àng t ện trở cân bằng, d òng cân b ọn điện trở cân bằng: R ọc đầu v ờng, ốt, với thời gian đóng mở nhanh g ào RC dùng đ c Hình 4. , P. S. Tùng ằng 50mA tại 4,1V, điện trở cân bằng đ ất r ể đ dùng đ =1k ơi trên đi à 56 ưa d ể bảo vệ cổng cho Fet v Ω, t ạch cân bằng trong, tuy nhi Ω, 201 òng ứu lựa chọn sử dụng MosFet đôi FDY1002PZ ể giới hạn d ụ điện C M ơ đ ùng đ ạch cân bằng cho cell số 1 đến cell số 8. , “Thi ồ chung nh ể thiết lập d ào kho = ện trở cân bằng v 0, 1%, 0.75W. điện qua điện trở cân bằng. Việc lựa chọn Fet dựa v ể lọc các xung điện áp cao trong quá tr ết kế ài 4 50 bal c [4 ảng 70% đối với các giá trị đo l ,1 = 56 òng = 1uF , ch ], và l ∗ Ω, lúc n đi ế tạo ư trong h òng cân b 70 ện chạy qua Fet, . ựa chọn Mosfet k % [1] à sử dụng Diode zener 5,6V mạch cân bằng = 57 ày dòng ào kho . Đ ên dòng cân b ình 3. ằng. Theo t ,4 ể ph ư Ω ảng 0,21W, do đó điện trở cân ù h Thông tin khoa h ợc tính điện cân bằng đ ợp với các d [3] thư máy đ ênh P đ ài li [1] [3 ờng chọn R ằng quá nhỏ, do vậy ệu ường. Do đó, với thiết ẩy Cuda M1200 ể điều khiển việc [1] [2] [3] [4] ] như sau: òng linh ki của Texas. ình ược tính lại sẽ điều khiển, ọc công nghệ g = 10 , chu ào R ện của kΩ. .” on [3] Thông tin Tạp chí Nghi nối theo luật nối dây [4] đ nối, những vị trí không có cell nối th đó đi biết đ qu mạch cân bằng sẽ luôn đ pack ghép 12 cell n Do BQ76940 qu ản lý sẽ luôn hiện 1 vị trí cell không có ích (không sử dụng) có điện áp bằng 0V, khi đó Thu S ện áp đo đ ược số cell nối tiếp của pack đang đấu nối. Nh ật toán cân bằng cell đ khoa h Kiểm tra trạng thái pack && Kiểm tra trạng thái pack && Hàm cân bằng cell Đọc các thanh ghi && && ên c Hình 5. [CHG &&Vcell Bắt đầu Đọc điện áp cell [CHG &&Vcell Kiểm tra lại trong 30 S Đ Khởi tạo cân bằng cell CELLBALL CELLBALL CELLBAL ọc công nghệ ứu KH&CN ư _ON]= > 4,1V _ON]= < 3,0V phút 1=0 2= 3= ản lý cứng 15 cell nối tiếp, n ợc bằng 0V). Nếu đấu dây không đúng luật th ối tiếp đ M 0 1 0 0 ạch cân bằng cho cell số 9 đến cell số 12 v S ã quy ược active v Đ Tìm Vcell trong quân s ược thể hiện trong n Tìm Vcell Vcell trong _ Vcell_ 3 nhóm cell Hình 6. ược thực hiện nh _max và _min 3 nhóm cell max và min ự, Số định, để BQ76940 nhận biết đúng ì th à làm cho BQ76940 liên t S Đ Thu 61 ực hiện nối tắt 2 cặp chân t Vcell Vcell ật toán cân bằng cell , 6 _max && Vcell _max – && Vcell - 20 hư h ư sau: – Vcell_ _max Vcell_min _max< 19 ên khi s min >50 >4,1V >50mV 3,0V ư v ình 4, hình 5. mV ậy Đ S ử dụng pack 12 cell nối tiếp, phải , trong nhóm mà BQ76940 đang Bật cân bằng cell Báo lỗi áp thấp ục báo lỗi. Cách nối dây của [CBx [UV . ì BQ76940 s à lu ]=1 ] = 1 số l ương ật đấu dây ư Hết thời gian ợng cell hiện đang ứng của IC (khí cân bằng ẽ không nhận . Dừng cân bằng cell nhóm đó 227 Thông tin khoa học công nghệ T. Đ. Cường, , P. S. Tùng, “Thiết kế, chế tạo mạch cân bằng máy đẩy Cuda M1200.” 228 3.3. Thực nghiệm và đánh giá kết quả Trên cơ sở thiết kế, nhóm nghiên cứu đã chế tạo được mạch quản lý pin cho 1 pack gồm 12 cell Li-ion ghép nối tiếp (gồm các chức năng quản lý, giám sát, bảo vệ và cân bằng cell) như trong hình 6. Hình 7. Mạch quản lý pin sử dụng BQ76940 và khi hàn vào pack 12 cell. Sử dụng Kit MSP430 LaunchPad để nạp code cho MSP430G2553, trên mạch, MSP430G2553 thực hiện lệnh đọc, ghi dữ liệu từ BQ76940 qua giao tiếp I2C và dùng giao tiếp RS232 để truyền dữ liệu với nhiều mạch quản lý khác (qua mạch chuyển đổi RS232-RS485) hoặc với máy tính qua module PL2303, hiển thị trên phần mềm giao tiếp máy tính Hercules. Để thử nghiệm mạch cân bằng cell khi sạc, nhóm nghiên cứu sử dụng mô hình thử nghiệm như trong hình 8. Hình 8. Mô hình thử nghiệm mạch cân bằng cell khi sạc. Bộ sạc được sử dụng là bộ sạc do nhóm nghiên cứu chế tạo cho cả khối pin của máy đẩy Cuda M1200 (điện áp 41,6V, dung lượng 40,2Ah). Để phù hợp với đặc tính sạc cho các cell Li-ion nối tiếp, nhóm đã điều chỉnh lại phần thiết kế và luật sạc cho 1 pack đơn (điện áp 41,6V, dung lượng 3.350mAh) Trong quá trình sạc, thực hiện đo điện áp các cell bằng đồng hồ và so sánh với điện áp cell do mạch quản lý truyền về. Đồng thời đọc giá trị tại 3 thanh ghi cân bằng cell CELLBAL1, CELLBAL2, CELLBAL3. Đối với các thanh ghi cân bằng cell, khi chưa đạt ngưỡng cân bằng cell giá trị đọc được là 0x00, khi xảy ra cân bằng tại 1 cell nào đó thì bit tương ứng (bitx) trong thanh ghi CELLBAL sẽ được chuyển thành 1. RS232 Cân bằng cell Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 229 Kết quả đo điện áp các cell và đọc dữ liệu từ các thanh ghi của BQ76940 được thể hiện như sau: Bảng 1. Kết quả đọc nhóm cell thấp và các thanh ghi. Điện áp Cell 1 Điện áp Cell 2 Điện áp Cell 3 Điện áp Cell 4 Điện áp Cell 5 Giá trị Thanh ghi CELLBAL1 Giá trị Thanh ghi CELLBAL2 Giá trị Thanh ghi CELLBAL3 Đọc từ thanh ghi 4,109 4,054 4,062 0,00 4,070 0x00 0x00 0x00 Đo bằng đồng hồ 4.108 4,053 4,062 0,00 4,069 0x00 0x00 0x00 Bật cân bằng 4,110 4,054 4,065 0,00 4,072 0x01 0x02 0x01 Tắt cân bằng 4,102 4,062 4,073 0,00 4,080 0x00 0x00 0x00 Trong Bảng 1, khi giá trị đọc từ thanh ghi CELLBAL1 là 0x01, có nghĩa là bit0 của thanh ghi này (tương ứng với cell số 1) của thanh ghi đã active 1, điện áp lớn nhất tại cell số 1 đã vượt ngưỡng 4,1V và lớn hơn 50mV so với điện áp nhỏ nhất của cell (cell số 2) trong nhóm. Khi đó mạch cân bằng tại cell số 1 được active, tức là Mosfet bên trong BQ76940 đã khóa, làm cho Mosfet kênh P bên ngoài dẫn. Lúc này, cell Li-ion đã được sạc gần đầy, nên nội trở của cell rất lớn, vì vậy dòng điện sạc sẽ bỏ qua nhánh bên cell Li-ion và sẽ chạy qua Mosfet để xuống cell phía dưới hoặc xuống đất. Đồng thời, cell Li-ion này sẽ xả bớt điện qua điện trở 56Ω cho đến khi thấp hơn ngưỡng điện áp cân bằng đã thiết lập thì mạch cân bằng sẽ tắt, và dòng điện sạc chạy qua Cell bình thường (nếu cell chưa vượt ngưỡng đầy) hoặc dừng quá trình sạc theo luật sạc tương ứng. Giá trị đọc từ 2 thanh ghi CELLBAL1 là 0x00. Bảng 2. Kết quả đọc nhóm cell giữ và các thanh ghi. Điện áp Cell 6 Điện áp Cell 7 Điện áp Cell 8 Điện áp Cell 9 Điện áp Cell 10 Giá trị Thanh ghi CELLBAL1 Giá trị Thanh ghi CELLBAL2 Giá trị Thanh ghi CELLBAL3 Đọc từ thanh ghi 4,087 4,112 4,063 0,00 4,086 0x00 0x00 0x00 Đo bằng đồng hồ 4.085 4,113 4,070 0,00 4,086 0x00 0x00 0x00 Bật cân bằng 4,090 4,116 4,064 0,00 4,088 0x01 0x02 0x01 Tắt cân bằng 4,097 4,102 4,073 0,00 4,101 0x00 0x00 0x00 Tương tự tại Bảng 2, giá trị đọc từ thanh ghi CELLBAL2 là 0x02, bit1 của thanh ghi này (tương ứng với cell số 7) đã active 1, tức là điện áp lớn nhất của nhóm tại cell số 7 đã vượt ngưỡng 4,1V và lớn hơn 50mV so với điện áp nhỏ nhất của cell (cell số 8) trong nhóm. Khi đó mạch cân bằng của cell số 7 sẽ active. Khi điện áp cell 7 xả dưới ngưỡng điện áp cân bằng thì mạch cân bằng sẽ tắt. Giá trị đọc từ thanh ghi CELLBAL2 là 0x00. Bảng 3. Kết quả đọc nhóm cell cao và các thanh ghi. Điện áp Cell 11 Điện áp Cell 12 Điện áp Cell 13 Điện áp Cell 14 Điện áp Cell 15 Giá trị Thanh ghi CELLBAL1 Giá trị Thanh ghi CELLBAL2 Giá trị Thanh ghi CELLBAL3 Đọc từ thanh ghi 4,117 4,065 4,072 0,00 4,080 0x00 0x00 0x00 Đo bằng đồng hồ 4.115 4,066 4,071 0,00 4,079 0x00 0x00 0x00 Bật cân bằng 4,119 4,068 4,076 0,00 4,083 0x01 0x02 0x01 Tắt cân bằng 4,107 4,078 4,086 0,00 4,097 0x00 0x00 0x00 Thông tin khoa học công nghệ T. Đ. Cường, , P. S. Tùng, “Thiết kế, chế tạo mạch cân bằng máy đẩy Cuda M1200.” 230 Tương tự tại Bảng 3, giá trị đọc từ thanh ghi CELLBAL3 là 0x01, bit0 của thanh ghi này (tương ứng với cell số 11) đã active 1, tức là điện áp lớn nhất của nhóm tại cell số 11 đã vượt ngưỡng 4,1V và lớn hơn 50mV so với điện áp nhỏ nhất của cell (cell số 12) trong nhóm. Khi đó mạch cân bằng của cell số 7 sẽ active. Khi điện áp cell 7 xả dưới ngưỡng điện áp cân bằng thì mạch cân bằng sẽ tắt. Giá trị đọc từ thanh ghi CELLBAL2 là 0x00. Bằng việc sử dụng IC quản lý pin BQ76940 kết hợp với vi điều khiển MSP430G2553, nhóm nghiên cứu đã xây dựng và chế tạo được mạch cân bằng cell nói riêng trong hệ thống mạch quản lý pin nói chung cho 1 pack gồm 12 cell Li-ion nối tiếp. Kết quả đo đạc cho thấy, đã thực hiện được việc quản lý, cân bằng cell khi sạc điện, tự động bật cân bằng cell khi có sự chênh lệch điện áp giữa 2 cell liên tiếp trong cùng 1 nhóm. 4. KẾT LUẬN Kết quả thực nghiệm cho thấy, giải pháp sử dụng IC cân bằng cell thụ động có thể giải quyết được các yêu cầu về cân bằng điện áp cho các cell Li-ion ghép nối tiếp. Với thiết kế đơn giản và có khả điều khiển bằng phần mềm, giải pháp này hoàn toàn có thể mở rộng áp dụng trong thực tế với các khối pin phức tạp hơn, yêu cầu quản lý nhiều cell nối tiếp hơn. Tuy nhiên, độ chính xác về đo điện áp và thời gian xử lý cần phải cải thiện qua nhiều đợt đo đạc, thử nghiệm. Kết quả này là tiền đề cho nhóm nghiên cứu mở rộng thiết kế các hệ thống quản lý, giám sát và bảo vệ cho các khối pin có điện áp, dung lượng lớn hơn như cho ngư lôi và thủy lôi. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. TI Designs, 2016, 10s Battery Pack Monitoring, Balancing, and Comprehensive Protection, 50-A Discharge Reference Design. [2]. Texas Instruments, 2009, Fast Cell Balancing Using External MOSFET. [3]. Texas Instruments, 2016, bq769x0 Family Top 10 Design Considerations. [4]. Texas Instruments, bq769x0 3-Series to 15-Series Cell Battery Monitor Family datasheet. [5]. Harding Energy, 2004. Harding Battery Handbook For Quest® Rechargeable Cells and Battery Packs. ABSTRACT DESIGNING, CREATING BALANCING CIRCUIT FOR 12 CELL BATTERY IN THE BATTERY OF THE CUDA M1200 The content of the paper proposes a solution for designing and manufacturing voltage balancing circuits for the battery packs of 12 Li-ion junctions used in the battery unit of Cuda M1200 thrusters. With the aim of increasing safety and effective use of Li-ion battery blocks in particular, the paper paved the way for the expansion of research applications of battery management, monitoring and protection systems, and generally in the current military equipment. Keywords: Large interesting field; The particular field; Interesting subject. Nhận bài ngày 22 tháng 02 năm 2019 Hoàn thiện ngày 01 tháng 3 năm 2019 Chấp nhận đăng ngày 17 tháng 6 năm 2019 Địa chỉ: 1 Viện Công nghệ mới, Viện KH-CN quân sự; 2 Viện Điện tử, Viện KH-CN quân sự. * Email : trinhcuongdt6@gmail.com.