كيف يؤثر تناسق خلايا الليثيوم على حزمة البطارية؟

كمية المياه التي يمكن أن يحملها البرميل الخشبي تحددها أقصر عصا له. هذا معروف باسم "مبدأ البرميل".

إذا قارننا بطارية ليثيوم أيون ببرميل يحمل الماء، فإن خلايا الليثيوم الفردية التي تشكل البطارية هي العصي الخشبية.أداء الخلية الأسوأ يحدد الأداء العام لبطارية كاملة.

في تجميع حزمة بطاريات ليثيوم أيون (PACK) ، فإن اتساق الخلية أمر بالغ الأهمية. سترى حزمة ذات اتساق الخلية الضعيف أدائها بما في ذلك القدرة ، عمر الدورة ،وخصائص الشحن / الإفراج تأثرت سلبامع زيادة عدد دورات الشحن / التفريغ ، يزداد هذا التأثير. ولكن ما مدى أهمية تأثير "مبدأ البرميل" هذا؟

باك بطارية الليثيوم أيون يتبع "مبدأ البرميل"

السبب الرئيسي لهذا هو الإدارة والتحكم بواسطة نظام إدارة البطارية (BMS).تتضمن BMS لبطارية الليثيوم حماية من الإفراط في شحن وتفريغ الخلايا الفرديةهذا يضمن أن الخلايا الليثيوم أيون تعمل ضمن نطاق الجهد الآمن والموثوق به أثناء الشحن والتفريغ، ومنع تدهور الأداء، وتقليل العمر،أو حتى مخاطر السلامة الناجمة عن الشحن الزائد أو التفريغ الزائد.

تأثير الاتساق أثناء تفريغ بطارية

خذ خلية الليثيوم الثلاثية (NMC / NCA) كمثال. عادة ما يكون الجهد القصير للفصل في تفريغ الخلية الواحدة 2.5 فولت ، وعادة ما يحدد BMS حماية التفريغ الزائد للخلية الواحدة عند 2.8 فولت.منطق حماية BMS هو من هذا القبيل أنه عندماأيالخلية في الحزمة تصل إلى 2.8 فولت ، يتم تشغيل حماية الإفراط في التفريغ.

فكر في بطارية الليثيوم الثلاثية من 10 سلسلات، متوازية واحدة (10S1P). لنفترض من بين الخلايا العشر، أن أقل خلايا السعة هي 2000mAh، في حين أن الخلايا التسعة الأخرى لها جميعها سعة 2500mAh.عندما يتم تفريغ العبوةعندما يتم تفريغ الخلية ذات السعة المنخفضة 2000mAh بالكامل، سيبلغ الجهد 2.8V. في هذه اللحظة،الخلايا التسعة الأخرى (2500mAh) لا تزال لديها قدرة متبقية، مع فولتات فوق 3.0 فولت. ومع ذلك، لأن BMS قد اكتشفت أن فولتاج سلسلة خلية واحدة قد وصلت إلى 2.8 فولت،يقوم بتشغيل حماية التفريغ الزائد للحزمة ويقفل التفريغ للحزمة بأكملها.وبالتالي، فإن سعة التفريغ القابلة للاستخدام من حزمة كاملة محدودة إلى 2000mAh.

تأثير الاتساق أثناء الشحن يشبه سيناريو التفريغ.

يتم شحن خلية الليثيوم الثلاثية بالكامل عند 4.2 فولت. عادةً ما يحدد نظام BMS حماية الشحن الزائد للخلية الواحدة عند 4.25 فولت. مع شحن الخلايا ، يرتفع الجهد مع زيادة السعة.عندما تكون الخلية ذات السعة المنخفضة 2000mAh مشحونة بالكامل وتصل الجهد إلى 4.25 فولت ، لا تزال الخلايا التسعة الأخرى غير مشحونة بالكامل (من المرجح أن تكون أقل من 4.1 فولت). ومع ذلك ، يكتشف نظام BMS سلسلة خلية واحدة تتجاوز 4.25 فولت ويقوم بتشغيل حماية الشحنة الزائدة ،إيقاف شحن الحزمة بأكملها.هذا يؤدي إلى أن الحزمة تقبل شحنة 2000mAh فقط.

هكذا يتجلى "تأثير البرميل": الخلية ذات أقل سعة تملي كل من سعة الشحن والفراغ من مجموعة البطارية بأكملها.

تأثير الاتساق على عمر دورة الحزمة وخصائص الشحن / الفراغ يتبع أيضا "مبدأ البرميل".يتم تحديد أداء الحزمة الإجمالي بواسطة الخلية الفردية ذات أسوأ عمر دورة وخصائص الشحن / الفراغ.

كيف يمكن السيطرة على استمرارية بطارية البطارية؟

تتضمن اتساق بطارية البطارية معايير مثل الجهد المفتوح للدارة، والقدرة، والمقاومة الداخلية. على مستوى أعمق، فإنه يشمل أيضًا عوامل مثل قيمة K (معدل التفريغ الذاتي) ،عمر الدورة، وخصائص منحنى الشحن / التفريغ.

قبل تجميع PACK ، تخضع الخلايا للفرز والمطابقة. معايير المطابقة الشائعة هي:

• انحراف السعة: يتم التحكم به ضمن نطاق 1%

• الفرق في الجهد: داخل 3mV

• الفرق في المقاومة الداخلية: داخل 2mΩ

أما بالنسبة لعوامل مثل قيمة K ، وحياة الدورة ، وخصائص الشحن / الفراغ ، فيتعين التحكم في الاتساق في مصدر تصنيع الخلية. وهذا يشمل:

• استخدام أنظمة مواد متطابقة للخلايا داخل نفس مجموعة الإنتاج.

• السيطرة على معدل العيوب في الإنتاج الضخم.

• قياس وتحويل عملية الإنتاج الضخم للخلايا إلى أوتوماتيكية

باختصار:

عن طريق التحكم بدقة في اتساق الخلايا داخل بطارية الليثيوم، يمكننا تحسين أداء البطارية إلى أقصى إمكاناتها،حتى تحت تأثير "مبدأ البرميل". "