Aufladen von Li-Ion-Strängen mit Zellen unterschiedlicher Kapazität

Ich habe versucht zu verstehen, was das Worst-Case-Szenario der Verwendung einer Reihe von 4 Lithium-Ionen-Zellen (18650-Zellen, 3,6 V nom) in Reihe ist, um ein Batteriepaket ohne Ausgleichsschaltung zu bilden, um zu verstehen, wann es so lange wirklich benötigt wird wie beim Einzelzellenmonitor. Ich weiß, dass normalerweise ein BMS verwendet wird, aber ich habe darüber nachgedacht, unter welchen Bedingungen die Schwelle von einem sicheren zu einem unsicheren System ohne BMS festgelegt wird (für Über- / Unterspannung und Ausgleichskorrektur). Während dieses Prozesses lerne ich tatsächlich viel, oder zumindest denke ich das. Soweit ich verstanden habe, gibt es einige Quellen für Ungleichgewichte, wie zum Beispiel:

1. SOC-Ungleichgewicht im Zusammenhang mit Herstellungsfehlern, was zu einer großen Selbstentladung und damit zu einem Ungleichgewicht führt; könnte aber auch mit irgendetwas anderem zusammenhängen, das diese SOC-Variation innerhalb von Zellen mit derselben Impedanz und Kapazität mit sich bringt. Diese SOC-Variante scheint die bekannteste und am besten dokumentierte zu sein.
   • Aus rein theoretischer Sicht dachte ich, dass bei sehr leichter Belastung der Batterie (wie wenige % in DOD), mit einigen sicheren Grenzen und hochwertigen Zellen aus derselben Charge, selbst nach vielen kein großes Problem zu sein scheint hundert (Licht-)Zyklen. Weil ich auch gelesen habe, dass dieses Ungleichgewicht mit tiefen DOD und hohen Strömen vergrößert werden könnte.
2. Impedanzfehlanpassung: Dies ist am schädlichsten bei der Verwendung von Balancern. Ohne Ausgleich ist das Problem nicht so groß, wenn man den Unter-/Überspannungsschutz während des Entladens/Ladens nicht berücksichtigt.

3. Kapazitätsunterschied (der wiederum zu einer SOC-Variation führt): Dies ist am schwierigsten, offene Informationen darüber zu finden. Das einzige Papier/der einzige Artikel, der sich direkt mit dem Thema befasst, ist das von Yevgen Barsukov , aber auch hier wird nur geschätzt, wie viel sich wirklich auf die reinen SOC-Missverhältnisse auswirkt:

   Es kann sein, dass die chemische Gesamtkapazität einer Zelle, Q MAX , von Anfang an anders war. Aber selbst wenn alle Zellen aus einem vollgeladenen Zustand um den gleichen Betrag entladen würden, wird ihr chemischer Ladezustand unterschiedlich sein. Wenn nämlich alle 3 Zellen um 100 mAh entladen werden, aber Zelle 3 eine andere Gesamtkapazität hat (z. B.: 2000 mAh statt 2200 mAh), ergeben sich chemische Ladezustände von 95,4 und 95 %. Dies wiederum führt auch zu unterschiedlichen OCVs. Wie zu sehen ist, verursacht ein Unterschied von 200 mAh in Q MAX nur einen Unterschied von 0,4 % im SOC. Da der SOC mit der Spannung korreliert, weist dies darauf hin, dass das Kapazitätsungleichgewicht weniger Spannungsunterschiede verursacht als das Ladungsungleichgewicht (Ursache 1).

   • Das ist mir nicht ganz klar, ich dachte, dass die Kapazitätsfehlanpassung, wenn die Batterie leicht verwendet und auf OCV-Maximum von 4,0 V gehalten wird, sowohl die stärkste als auch die schwächere innerhalb sicherer Grenzen halten würde. Mit anderen Worten, ich dachte an dieses Diagramm unten, wo eine Über-/Unterspannungserkennung verwendet wird: Nun, was ich schreibe, mag schwierig erscheinen, aber ich versuche, klar zu sein. Übertragen Sie dies auf ein System ohneBMS und überlege, was passiert, wenn ich den maximalen SOC von 100 % auf einen maximalen SOC von 80 % reduziere und zum Beispiel einen leichten DOD von 10 % habe. Unterbrechen Sie die Ladung AUCH NUR, wenn der STRING die maximale Float-Spannung bezogen auf einen SOC von 80 % (also etwas weniger als 4,2 V) erreicht, während er während der Entladung niemals unter 70 % SOC fällt. Ist es in diesem Fall richtig zu sagen, dass eine Kapazitätsfehlanpassung von 20 % (100 % - 80 %) zulässig ist? Wenn die Zellen den gleichen SOC haben, wird die schwächste Zelle beim Entladen einer bestimmten Energie, die aus dem Gesamtpaket entnommen wird, 20 % weniger Kapazität aufweisen. Andererseits können wir beim Laden die ursprüngliche Situation erreichen, weil wir die gleiche Ladungsmenge zurückgeben und die Ladung bei der gleichen Erhaltungsspannung abschneiden. Aber wenn wir stattdessen von einer mittleren Kapazität bis zu ihrem Maximum von 80 % laden, die schwächste (von 20 % in diesem Beispiel) erreicht jetzt die 100 % Ladung. Deshalb kann ich davon ausgehen, dass in diesen Anwendungsfällen mit diesen Grenzen eine zulässige Marge von 20% zulässig ist. Die ideale Situation besteht also darin, die Batterien auf einen SOC von 80 % vorzubereiten und sie ab diesem Moment zu verwenden.

Das hypothetische Diagramm ähnelt dann dem gezeigten, aber jetzt mit der gleichen Energiemenge, die aus jeder Zelle entnommen wird, wodurch die gelieferte Leistung (die nur 10 % des Batteriepakets beträgt) nicht reduziert wird. Lassen Sie im Grunde die Höhen und Tiefen über 80 % und unter 70 % gehen, aber lassen Sie mich innerhalb von 0 % und 100 % bleiben . In diesem Fall beziehen sich die Probleme, wenn die Annahme richtig ist, und gemäß den Antworten darauf, wie schnell sich die Unwucht über die Zeit und die Zyklen summiert.