Muvozanat holati tahlili va muvozanat algoritmi

Ideal batareyalar to'plamida barcha alohida hujayralar bir xil quvvatga ega va har doim bir xil SoCda bo'ladi, bu ham batareya paketining SoC hisoblanadi; Batareya to'plamining SOC qiymati 100% bo'lsa, barcha hujayralardagi SOC ham 100% ni tashkil qiladi, bu esa keyingi zaryadlashni cheklaydi. Batareya paketining SOC darajasi 50% bo'lsa, barcha alohida hujayralar shuningdek, 50% SoC Batareya to'plami 0% SoC da bo'lsa, barcha hujayralar ham 0% SOC darajasida bo'ladi va ularning barchasi keyingi zaryadsizlanishni cheklaydi. Agar barcha hujayralar bir xil quvvatga ega bo'lsa ham, agar narsalar turli xil SOCda bo'lsa, batareya to'plami muvozanatsizdir;

Ketma-ket ulangan oltita batareya xujayrasidan iborat batareya to'plami. Har bir to'rtburchak batareya xujayrasini, balandligi uning sig'imini va vertikal holati uning SoC ni ifodalaydi. (a) bir xil sig'im, muvozanatli, (b) bir xil quvvat, muvozanatsiz, (c) turli quvvatlar, yuqori muvozanatli va (d) turli quvvatlar, o'rta muvozanatli. 2-hujayra 100% SoC darajasida bo'lsa, u boshqa zaryadlashni cheklaydi. Shuning uchun batareya to'plami 100% SoC da; Boshqa batareyalar uchun hali ko'proq joy bor, lekin ularni qo'shimcha zaryadlab bo'lmaydi, chunki buning natijasida ikkinchi batareya ortiqcha zaryadlanadi. Batareya to'plami 50% SoC darajasida bo'lsa, har bir hujayraning SoC diapazoni taxminan 30% dan 70% gacha bo'ladi. №4 batareya 0% SoC darajasida bo'lsa, u boshqa zaryadsizlanishni cheklaydi. Shuning uchun, batareya to'plamining SoC 0% ni tashkil qiladi; Boshqa batareyalarda hali ham bir oz ko'proq zaryad qolgan, lekin ularni zaryadsizlab bo'lmaydi, chunki bu batareyaning №4 zaryadsizlanishiga olib keladi. E'tibor bering, ikkita turli hujayra to'rlari batareya paketining sig'imini cheklaydi, tepada # 2 va # 4. pastki qismida.

Ma'lum bir vaqtda batareyalar to'plamining nomutanosiblik holati (SoI) batareya to'plamidagi eng ko'p zaryadlangan SoC va eng kam zaryadlangan hujayra SoC o'rtasidagi farqdir. Misol uchun, agar eng ko'p zaryadlangan batareyaning SoC 75% va eng kam zaryadlangan batareyaning SoC 70% bo'lsa, u holda simning SoI 5% bo'ladi. Alohida hujayralar uchun bir xil SoC bilan batareya paketlari uchun SoI 0% ni tashkil qiladi.

Batareya to'plamining muvozanat holati (SoB) 100% minus SoI. Batareya to'plamining SoI 5% bo'lsa, uning SoB 95% ni tashkil qiladi. Yuqoridagi muhokamada har bir alohida hujayraning SoC diapazonini ifodalash uchun qutilar ishlatilgan. Agar bu ko'rinish unchalik yaxshi bo'lmasa, batareya quvvati va SoC batareya to'plami bilan SoC darajasining quyidagi grafigi ushbu kontseptsiyani yanada aniqroq etkazishi mumkin.

Teng sig'im va muvozanatning ideal sharoitlarida ketma-ket ulangan batareya paketidagi barcha hujayralar bir xil quvvatga ega va har qanday vaqtda SoC bir xil bo'ladi ({0}}-rasm). Batareya to'plami zaryadlangan yoki zaryadsizlanganda, barcha hujayra kuchlanishlari barqaror bo'lib qoladi. Har bir hujayraning SoC quvvati batareyalar paketiniki bilan bir xil (masalan, batareya to‘plamining SoC 50% bo‘lsa, har bir hujayraning SoC ham 50%) bo‘ladi. Yuqoridagi egri chiziq faqat SoC ning OCV va NMC litiy-ion batareyalari uchun ekanligini tushunishingiz mumkin. Barcha uchta akkumulyator xujayrasi ushbu egri chiziqqa amal qiladi. Pastki egri chiziq batareya xujayrasining SoC va batareyalar to'plamining SoC ni ifodalaydi, bu holda u 1:1-a nisbatida 0% dan 100% gacha bo'lgan to'g'ri chiziqdir. 50% SoCda ketma-ket ulangan uchta akkumulyator xujayralarining sxematik diagrammasi ikkita raqamning o'rtasida joylashgan vertikal chiziqqa mos keladi. Batareya to'plami to'lganida, barcha hujayralar 100% SoCda bo'ladi; Bitta batareya xujayrasi uchun zaryadlash chegarasi yo'q - ularning barchasi bir vaqtning o'zida zaryadlanadi. Xuddi shunday, batareya to'plami bo'sh bo'lganda, barcha hujayralarning SoC 0% ni tashkil qiladi; Hech bir batareya zaryadsizlanishni cheklay olmaydi - ularning barchasi bir vaqtning o'zida zaryadsizlanishni cheklaydi. Batareya to'plamining sig'imi har bir akkumulyator batareyasining sig'imi bilan bir xil (bu misolda 10 soat). Ya'ni, har bir hujayraning butun sig'imi mavjud. Shuning uchun batareyalar to'plamining muvozanat holati 100% (batareya to'plamining to'liq muvozanatini ko'rsatadi) va nomutanosiblik holati 0% (nomutanosiblik yo'qligini ko'rsatadi).

Agar sig'im bir xil bo'lsa-da, lekin boshida SoC boshqacha bo'lsa ({0}}-rasmda ko'rsatilganidek), u holda bitta batareya zaryadlashni cheklaydi (bu misolda batareya 1), boshqa batareya zaryadsizlanishini cheklaydi ( bu misolda batareya 3). Shu sababli, batareyalar to'plamining sig'imi kamaydi. Yuqoridagi egri chiziq uch turdagi lityum-ion batareyalar uchun kuchlanish va zaryad o'rtasidagi munosabatni ko'rsatadi. E'tibor bering, egri chiziqning shakli bir xil. Ular faqat chapga (№1 blokda yuqori SoC mavjud) yoki o'ngga (№ 3 blokda pastroq SoC mavjud) harakatlanadi. Pastki egri chiziq uchta hujayradan iborat "SoC va batareya to'plami SoC" (bu holda 1: 1 emas). Iltimos, e'tibor bering, nishab bir xil, chunki uchta hujayra bir xil quvvatga ega. Ular shunchaki chapga yoki o'ngga siljiydilar, agar satr 0% SoCda (uchastkaning chap tomonida) bo'lsa, №3 katak bo'sh va zaryadsizlanish o'chiriladi. Qolgan ikkita akkumulyator hali ham yuqori kuchlanishga ega (batareya 2 uchun 3,38V va batareya 1 uchun 3,6V) va zaryadlash (batareya 2 uchun 20% va batareya 1 uchun 40% SoC). Biroq, bu zaryadlash mavjud emas, chunki u №3 katakchani zaryadsizlay olmaydi. Batareya to'plamining SoC 50% bo'lsa (grafik o'rtasida vertikal chiziq), 1-hujayraning SoC 70%, 2-hujayraning SoC. 50%, 3-hujayraning SoC esa 30% ni tashkil qiladi.

Batareya to‘plami 100% SoC (rasmning o‘ng tomonida) bo‘lsa, №1 katak to‘lgan va zaryadlash o‘chirilgan; Boshqa ikkita batareyaning kuchlanishi pastroq (batareya 2 uchun 3,87V va batareya 3 uchun 3,75V) va ular hali ham ko'proq zaryadlashni qabul qilishlari mumkin (batareya 2 uchun 80% SoC va 3 batareya uchun 60% SoC). Biroq, bu joy mavjud emas, chunki №1 batareya haddan tashqari zaryadlanmagan bo'lsa, uni zaryad qilish mumkin emas. Har bir akkumulyator cheklangan SoC diapazonida ishlaydi: • №1 batareyaning SoC zaryadlashni cheklaydi, 40% dan 100% gacha; 2-birlikning SoC diapazoni 20% dan 80% gacha; 3-batareya uchun SoC, cheklangan zaryadsizlanish, 0% dan 60% gacha. Barcha batareyalarning SoC diapazonidagi delta butun diapazonda 60% ni tashkil qiladi. Ya'ni, birlik quvvatining atigi 60% torlar uchun mavjud va 40% nomutanosiblik tufayli mavjud emas - batareyalar to'plamining muvozanat holati 60% va uning muvozanat holati 40%. Har bir akkumulyator batareyasining quvvati 10 soatni tashkil qiladi, lekin batareyalar to'plamining sig'imi atigi 6 soat (10 soatning 60%).

Batareya to'plamidagi hujayralar turli xil quvvatlarga ega bo'lsa (bu haqiqatan ham shunday), batareya paketini faqat bitta hujayraning SoC darajasida muvozanatlash mumkin. Boshqa joylarda batareyalar turli darajadagi SoC ga ega. Batareya to'plami shu nuqtadan zaryadlangan yoki zaryadsizlanganda, batareyaning SoC farqlanadi. Keyin, batareya to'plami asl SoC darajasiga qaytganda, barcha hujayralarning SoC'lari qayta yig'iladi. 3-13-rasmda yuqori egri chiziq uchta akkumulyator batareyasining kuchlanishi va zaryadi o'rtasidagi munosabatni ko'rsatadi. E'tibor bering, bu egri chiziqlar bir xil umumiy shaklga ega. Faqat ularning kengligi o'zgaradi. Imkoniyat yuqori bo'lsa (1-hujayra), egri chiziq kengroq bo'ladi; Imkoniyat past bo'lsa, egri chiziq tor bo'ladi (hujayra №3). Pastki egri chiziq uchta batareya xujayrasining SoC ni va batareya to'plamining SoC ni ifodalaydi. E'tibor bering, qiyaliklar har xil, chunki bu uchta hujayra turli xil imkoniyatlarga ega: batareya to'plamiga yoki undan chiqadigan oqimni hisobga olgan holda, past sig'imli batareyaning SoC yuqori sig'imli batareyaga qaraganda tezroq o'zgaradi.

Ushbu misolda:

Batareya quvvati 0% SoC (grafikning chap tomonida) bo'lsa, №3 katak bo'sh va uni zaryadsizlab bo'lmaydi; Qolgan ikkita hujayra hali ham zaryadga ega (1-hujayra 40% SoC, №2 hujayra 20% SoC), 1-hujayra 3.5V, 2-hujayra 3.38V va SoC № 1 va hujayralar orasidagi farq № 3 - 40%, ya'ni batareya to'plamining muvozanatsiz holati 40%.

Batareya to'plami 50% SoC (grafikning o'rtasida vertikal chiziq) bo'lsa, uchta batareyaning SoC 50% ni tashkil qiladi, shuning uchun kuchlanish 3,65 V da bir xil bo'ladi.

SoB 100%, SoI 0%.

Batareya to'plami 100% SoC bo'lsa (diagrammaning o'ng tomoni), №3 hujayra to'lgan va uni zaryad qilib bo'lmaydi; Qolgan ikkita hujayra hali ham ko'proq zaryadni qabul qilishi mumkin (1-hujayra 60% SoC va 2-hujayra 80% SoC), 1-hujayra 3.82V va 2-hujayra 3.9V da. №1 va №3 batareyalar o'rtasidagi SoC farqi 40% ni tashkil qiladi, ya'ni batareya to'plamining nomutanosibligi holati 40% ni tashkil qiladi.

Batareya to'plamini muvozanatlash uchun BMS qaysi batareyalar muvozanatsiz ekanligini aniqlash uchun batareya kuchlanishini tekshiradi. Biroq, OCV va SoC egri chiziqlari to'g'ri chiziq emasligi sababli, ikkita batareya o'rtasidagi kuchlanish farqi ularning zaryad farqiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional emas. Berilgan nomutanosiblik uchun ketma-ket ulangan ikkita batareya o'rtasidagi kuchlanish farqi bir nechta omillarga bog'liq: nomutanosiblik darajasi: muvozanat darajasi qanchalik katta bo'lsa, kuchlanish farqi shunchalik katta bo'ladi; Batareya to'plamining SoC: OCV va SoC egri chizig'ining shakli tufayli kuchlanish farqi past va yuqori SoC darajalarida aniqroq bo'ladi; Batareya kimyosi: LFP batareyalari uchun SOCda, SoI dan qat'i nazar, batareya zo'riqishida deyarli bir xil; Kuchlanish farqi faqat SoC past va yuqori darajada bo'lganda sezilarli bo'ladi. Ushbu grafiklarda ikkita batareya va simli SoC o'rtasidagi kuchlanish farqi, ular o'rtasida turli xil miqdordagi SoC nomutanosibligi tasvirlangan. Misol uchun, 10% egri chiziq bir birlikning SoC boshqa birliknikidan 10% yuqori bo'lsa ishlatiladi. NMC birliklari uchun 5% dan past bo'lgan SoClar bundan mustasno, 1% muvozanatni aniqlash qiyin (3.18 (a)-rasm); 10% nomutanosiblikni osongina aniqlash mumkin, taxminan 35% SoC bundan mustasno. LFP birliklari uchun SoC 10% dan past va 95% dan yuqori bo'lsa, 1% muvozanatni aniqlash oson (3.18 (b)-rasm). Boshqa joylarda u deyarli sezilmaydi; SoC 50% bo'lsa, jiddiy nomutanosiblikning faqat 30% ni aniqlash mumkin. Shuning uchun, LFP batareyalari quvvat dasturlari uchun juda mos bo'lsa-da, LFP batareyalari bo'lgan bufer batareyalar oraliq muvozanatga erishish mumkin emas. Delta kuchlanishi juda past bo'lgan hududda batareya to'plamini muvozanatlashga urinish nafaqat ma'nosiz, balki teskari ta'sir ko'rsatishi ham mumkin, chunki boshqa omillar akkumulyator terminali kuchlanishidagi farqga nomutanosiblikdan ko'proq ta'sir qilishi mumkin.

O'z-o'zidan tushirish oqimidagi farq batareyaning nomutanosibligining bevosita sababidir. O'z-o'zidan zaryadsizlanishi yuqori bo'lgan batareyalarning SoC darajasi past o'z-o'zidan zaryadsizlangan batareyalarga qaraganda tezroq pasayadi. Vaqt o'tishi bilan har bir batareya xujayrasining SoC darajalari farqlanadi va nomutanosiblik holati ortadi. Garchi barcha batareyalar minimal tezlikda o'z-o'zidan zaryadsizlansa ham, ba'zilari, ayniqsa, har xil haroratlarda, boshqalarga qaraganda tezroq ({0}} (a)-rasm). Eng yomon stsenariy ba'zi batareyalar xona haroratida, boshqalari esa issiq holatda (masalan, ular zaryadlovchi yonida o'rnatilgani uchun) sodir bo'ladi. Eng sovuq batareyaning o'z-o'zidan zaryadsizlanish oqimi 0,000023C, eng issiq batareyaning o'z-o'zidan tushirish oqimi esa 0,00017C,

Farqi 0.00015 Selsiy boʻyicha. Ushbu farq tufayli ip har oy 11% ga ko'proq nomutanosiblikka aylanadi. Batareyalar orasidagi o'z-o'zidan tushirish oqimining o'zgarishini qoplash uchun BMS eng past o'z-o'zidan tushirish oqimiga ega batareyadan muvozanatli oqim oladi. Ushbu muvozanat oqimi ushbu batareya va eng yuqori o'z-o'zidan zaryadsizlanishi bo'lgan batareya o'rtasidagi o'z-o'zidan tushirish oqimidagi farqga to'liq tengdir. Rasmda ko'rsatilgan misolda, BMS har bir hujayraning bir xil 150 mA oqim bilan zaryadsizlanishini qanday ta'minlayotganiga e'tibor bering, bu o'z-o'zidan tushirish oqimi past bo'lgan hujayralarga qo'shimcha zaryadsizlanish oqimini beradi. Shu bilan bir qatorda, BMS farqni qoplash uchun batareyani eng yuqori o'z-o'zidan tushirish oqimi bilan zaryadlashi mumkin.

Balanslash algoritmi kuchlanish balansiga asoslanadi: faqat batareya balans sozlamalari qiymatida bo'lsa, u batareya kuchlanishining o'qishi asosida muvozanatlanadi; SoC asosida (bashorat): batareyaning taxminiy SoC darajalariga qarab istalgan vaqtda muvozanatlash mumkin