Analiżi tal-Istat tal-Ekwilibriju U Algoritmu tal-Ekwilibriju

F'pakkett ta 'batteriji ideali, iċ-ċelloli individwali kollha għandhom l-istess kapaċità u huma dejjem fl-istess SoC, li huwa wkoll is-SoC tal-pakkett tal-batterija; Meta s-SOC tal-pakkett tal-batteriji huwa 100%, is-SOC taċ-ċelloli kollha huwa wkoll 100%, li jillimita l-iċċarġjar ulterjuri Meta s-SOC tal-pakkett tal-batterija huwa 50%, iċ-ċelloli individwali kollha huma wkoll 50% SoC Meta l-pakkett tal-batterija jkun f'0% SoC, iċ-ċelloli kollha huma wkoll f'0% SOC, u kollha jillimitaw aktar skariku. Anke jekk iċ-ċelloli kollha għandhom l-istess kapaċità, jekk l-affarijiet huma f'SOC differenti, il-pakkett tal-batterija huwa żbilanċjat;

Pakkett ta' batteriji li jikkonsisti f'sitt ċelloli tal-batterija konnessi f'serje. Kull rettangolu jirrappreżenta ċellula tal-batterija, l-għoli tiegħu jirrappreżenta l-kapaċità tiegħu, u l-pożizzjoni vertikali tiegħu tirrappreżenta s-SoC tagħha. (a) L-istess kapaċità, bilanċjata, (b) l-istess kapaċità, mhux ibbilanċjata, (c) kapaċitajiet differenti, bilanċjat top, u (d) kapaċitajiet differenti, bilanċjat medju. Meta ċ-ċellula 2 tkun f'100% SoC, tirrestrinġi kwalunkwe iċċarġjar ulterjuri. Għalhekk, il-pakkett tal-batterija huwa f'100% SoC; Għad hemm aktar spazju għal batteriji oħra, iżda ma jistgħux jiġu ċċarġjati aktar minħabba li tagħmel hekk iżżejjed it-tieni batterija Meta l-pakkett tal-batterija jkun f'50% SoC, il-firxa SoC ta 'kull ċellula hija bejn wieħed u ieħor 30% sa 70%. Meta l-batterija # 4 tkun f'0% SoC, tillimita kwalunkwe skariku ulterjuri. Għalhekk, is-SoC tal-pakkett tal-batterija huwa 0%; Il-batteriji l-oħra għad fadlilhom ftit aktar ħlas fuqhom, iżda ma jistgħux jiġu skarikati għaliex jekk tagħmel hekk jaqilgħu l-batterija # 4. Innota li żewġ grilji ta 'ċelluli differenti jillimitaw il-kapaċità tal-pakkett tal-batterija, b'# 2 fil-parti ta' fuq u # 4. fil-qiegħ.

F'mument partikolari, l-istat ta 'żbilanċ (SoI) ta' pakkett ta 'batteriji huwa d-differenza bejn is-SoC taċ-ċellula l-aktar iċċarġjata u l-SoC taċ-ċellula l-inqas iċċarġjata fil-pakkett tal-batterija. Pereżempju, jekk is-SoC tal-batterija l-aktar iċċarġjata huwa 75% u s-SoC tal-batterija l-inqas iċċarġjata huwa 70%, allura s-SoI tas-sekwenza huwa 5%. Għal pakketti ta 'batteriji bl-istess SoC għal ċelloli individwali, is-SoI huwa 0%.

L-istat ta 'ekwilibriju (SoB) tal-pakkett tal-batterija huwa 100% nieqes SoI. Jekk is-SoI tal-pakkett tal-batterija huwa 5%, is-SoB tiegħu huwa 95%. Fid-diskussjoni ta 'hawn fuq, intużaw kaxxi biex jirrappreżentaw il-firxa SoC ta' kull ċellula individwali. Jekk din ir-rappreżentazzjoni mhix tajba ħafna, il-graff li ġej tal-vultaġġ tal-batterija u l-livell tas-SoC b'SoC tal-pakkett tal-batterija jista 'jwassal dan il-kunċett b'mod aktar ċar.

Taħt kundizzjonijiet ideali ta 'kapaċità u bilanċ ugwali, iċ-ċelloli kollha f'pakkett ta' batteriji konnessi f'serje għandhom l-istess kapaċità, u fi kwalunkwe ħin partikolari, is-SoC huwa l-istess (Figura {{0}}). Meta l-pakkett tal-batterija jiġi ċċarġjat jew skarikat, il-vultaġġi kollha taċ-ċelluli jibqgħu konsistenti. Is-SoC ta' kull ċellula huwa l-istess bħal dak tal-pakkett tal-batterija (per eżempju, meta s-SoC tal-pakkett tal-batterija huwa 50%, is-SoC ta' kull ċellula huwa wkoll 50%). Tista 'tirrealizza li l-kurva ta' hawn fuq hija biss għall-batteriji tal-jone tal-litju OCV u NMC ta 'SoC. It-tliet ċelloli tal-batterija jsegwu din il-kurva. Il-kurva tal-qiegħ tirrappreżenta s-SoC taċ-ċellula tal-batterija u s-SoC tal-pakkett tal-batterija, f'dan il-każ, hija linja dritta minn 0% sa 100% fi proporzjon ta '1:1-a. Id-dijagramma skematika ta 'tliet ċelloli tal-batterija konnessi f'serje fuq SoC ta' 50% tikkorrispondi mal-linja vertikali fin-nofs taż-żewġ figuri. Meta l-pakkett tal-batterija jkun mimli, iċ-ċelloli kollha jkunu f'100% SoC; M'hemm l-ebda limitu ta 'ċċarġjar għal ċellula waħda tal-batterija - kollha jiċċarġjaw fl-istess ħin. Bl-istess mod, meta l-pakkett tal-batterija jkun vojt, is-SoC taċ-ċelloli kollha huwa 0%; L-ebda batterija waħda ma tista 'tillimita l-iskarigu - kollha jillimitaw il-kwittanza fl-istess ħin. Il-kapaċità tal-pakkett tal-batterija hija l-istess bħall-kapaċità ta 'kull ċellula tal-batterija (10 sigħat f'dan l-eżempju). Jiġifieri, il-kapaċità kollha ta 'kull ċellula hija disponibbli. Għalhekk, l-istat ta 'ekwilibriju tal-pakkett tal-batterija huwa 100% (li jindika ekwilibriju sħiħ tal-pakkett tal-batterija), u l-istat ta' żbilanċ huwa 0% (li jindika l-ebda żbilanċ).

Jekk il-kapaċità hija l-istess, iżda s-SoC fil-bidu huwa differenti (kif muri fil-Figura {{0}}), allura batterija waħda tillimita l-iċċarġjar (batterija 1 f'dan l-eżempju) u l-batterija l-oħra tillimita l-ħatt ( batterija 3 f'dan l-eżempju). Għalhekk, il-kapaċità tal-pakkett tal-batterija naqset. Il-kurva ta 'hawn fuq turi r-relazzjoni bejn il-vultaġġ u l-ħlas għal tliet tipi ta' batteriji tal-jone tal-litju. Innota li l-forma tal-kurva hija l-istess. Huma jimxu biss lejn ix-xellug (l-unità # 1 għandha SoC ogħla) jew lejn il-lemin (l-unità # 3 għandha SoC aktar baxxa). Il-kurva tal-qiegħ hija s- "SoC u l-pakkett tal-batterija SoC" ta 'tliet ċelloli (mhux 1:1 f'dan il-każ). Jekk jogħġbok innota li l-inklinazzjoni hija l-istess għax it-tliet ċelloli għandhom l-istess kapaċità. Huma biss jimxu lejn ix-xellug jew lejn il-lemin Meta s-sekwenza tkun f'0% SoC (tarf tax-xellug tal-plott), iċ-ċellula # 3 hija vojta u l-iskariku huwa diżattivat. Iż-żewġ batteriji l-oħra għad għandhom vultaġġ għoli (3.38V għall-batterija 2 u 3.6V għall-batterija 1) u ħlas (20% SoC għall-batterija 2 u 40% SoC għall-batterija 1). Madankollu, dan l-iċċarġjar mhuwiex disponibbli minħabba li ma jistax jarmi ċ-ċellula # 3. Meta s-SoC tal-pakkett tal-batterija jkun 50% (linja vertikali fin-nofs tal-graff), is-SoC taċ-ċellula 1 huwa 70%, is-SoC taċ-ċellula 2 huwa 50%, u s-SoC taċ-ċellula 3 huwa 30%.

Meta l-pakkett tal-batterija jkun f'100% SoC (fit-tarf tal-lemin tal-figura), iċ-ċellula # 1 tkun mimlija u l-iċċarġjar huwa diżattivat; Il-vultaġġ taż-żewġ batteriji l-oħra huwa aktar baxx (3.87V għall-batterija 2 u 3.75V għall-batterija 3), u xorta jistgħu jaċċettaw aktar iċċarġjar (80% SoC għall-batterija 2 u 60% SoC għall-batterija 3). Madankollu, dan l-ispazju mhuwiex disponibbli peress li ma jistax jiġi ċċarġjat sakemm il-batterija Nru.1 ma tkunx iċċarġjata żżejjed. Kull batterija topera f'firxa limitata ta' SoC: • Is-SoC tal-batterija # 1 jillimita l-iċċarġjar, li jvarja minn 40% sa 100%; Il-firxa tas-SoC tal-Unità 2 hija minn 20% sa 80%; SoC għall-batterija 3, skarigu limitat, li jvarja minn 0% sa 60%. Id-delta fil-firxa tas-SoC tal-batteriji kollha hija 60% fil-firxa kollha. Jiġifieri, 60% biss tal-kapaċità tal-unità hija disponibbli għall-kordi, u 40% mhix disponibbli minħabba żbilanċ - l-istat ta 'ekwilibriju tal-pakkett tal-batterija huwa 60%, u l-istat ta' żbilanċ tiegħu huwa 40%. Il-kapaċità ta 'kull ċellula tal-batterija hija ta' 10 sigħat, iżda l-kapaċità tal-pakkett tal-batterija hija biss 6 sigħat (60% ta '10 sigħat).

Meta ċ-ċelloli f'pakkett ta 'batteriji jkollhom kapaċitajiet differenti (li huwa tabilħaqq il-każ), il-pakkett tal-batterija jista' jiġi bbilanċjat biss fil-livell SoC ta 'ċellula waħda. F'postijiet oħra, il-batteriji għandhom livelli differenti ta 'SoC. Meta l-pakkett tal-batterija jiġi ċċarġjat jew skarikat minn dan il-punt, is-SoC tal-batterija diverġenti. Imbagħad, meta l-pakkett tal-batterija jerġa 'lura għal-livell SoC oriġinali tiegħu, is-SoCs taċ-ċelloli kollha jerġgħu jinġabru. Fil-Figura 3-13, il-kurva ta 'fuq turi r-relazzjoni bejn il-vultaġġ u l-ħlas ta' tliet ċelloli tal-batterija. Jekk jogħġbok innota li dawn il-kurvi għandhom l-istess forma ġenerali. Il-wisa 'tagħhom biss se tinbidel. Jekk il-kapaċità hija għolja (ċellula 1), il-kurva tkun usa '; Jekk il-kapaċità hija baxxa, il-kurva hija dejqa (ċellula # 3). Il-kurva tal-qiegħ tirrappreżenta s-SoC ta 'tliet ċelloli tal-batterija u s-SoC tal-pakkett tal-batterija. Jekk jogħġbok innota li l-għoljiet huma differenti minħabba li dawn it-tliet ċelloli għandhom kapaċitajiet differenti: minħabba l-kurrent li jidħol jew joħroġ mill-pakkett tal-batterija, is-SoC tal-batterija ta 'kapaċità baxxa jinbidel aktar malajr minn dak tal-batterija ta' kapaċità għolja.

F'dan l-eżempju:

Meta l-pakkett tal-batterija jkun f'0% SoC (tarf tax-xellug tal-grafika), iċ-ċellula # 3 tkun vojta u ma tistax tiġi skarikata; Iż-żewġ ċelloli l-oħra għad għandhom ħlas (ċ-ċellula 1 hija f'40% SoC, iċ-ċellula # 2 hija f'20% SoC), iċ-ċellula 1 hija f'3.5V, iċ-ċellula 2 hija f'3.38V, u d-differenza fis-SoC bejn iċ-ċelloli # 1 u # 3 huwa 40%, li jfisser li l-istat żbilanċjat tal-pakkett tal-batterija huwa 40%.

Meta l-pakkett tal-batterija jkun f'50% SoC (linja vertikali fin-nofs tal-graff), is-SoC tat-tliet batteriji huwa 50%, għalhekk il-vultaġġ huwa l-istess f'3.65V.

SoB huwa 100%, SoI huwa 0%.

Meta l-pakkett tal-batterija jkun f'100% SoC (tarf tal-lemin tad-dijagramma), iċ-ċellula # 3 tkun mimlija u ma tistax tiġi ċċarġjata; Iż-żewġ ċelloli l-oħra xorta jistgħu jaċċettaw aktar ħlas (ċellula 1 f'60% SoC u ċellola 2 f'80% SoC), biċ-ċellula 1 f'3.82V u ċ-ċellula 2 f'3.9V. Id-differenza fis-SoC bejn il-batteriji # 1 u # 3 hija 40%, li jfisser li l-istat ta 'żbilanċ tal-pakkett tal-batterija huwa 40%.

Sabiex jibbilanċja l-pakkett tal-batterija, BMS jiċċekkja l-vultaġġ tal-batterija biex jiddetermina liema batteriji huma żbilanċjati. Madankollu, minħabba l-fatt li l-kurvi ta 'OCV u SoC mhumiex linja dritta, id-differenza fil-vultaġġ bejn iż-żewġ batteriji mhix direttament proporzjonali għad-differenza fil-ħlas tagħhom. Għal żbilanċ partikolari, id-differenza fil-vultaġġ bejn żewġ batteriji konnessi f'serje tiddependi fuq fatturi multipli: grad ta 'żbilanċ: iktar ma jkun kbir il-grad ta' żbilanċ, akbar tkun id-differenza fil-vultaġġ; SoC tal-pakkett tal-batterija: Minħabba l-forma tal-kurvi OCV u SoC, id-differenza fil-vultaġġ hija aktar evidenti f'livelli SoC baxxi u għoljin; Kimika tal-batterija: Għal batteriji LFP, f'SOC, irrispettivament minn SoI, il-vultaġġ tal-batterija huwa kważi l-istess; Id-differenza fil-vultaġġ issir sinifikanti biss meta s-SoC ikun f'livelli baxxi u għoljin. Dawn il-graffs juru d-differenza fil-vultaġġ bejn żewġ batteriji u l-istring SoC, b'ammonti varji ta 'żbilanċ SoC bejniethom. Pereżempju, il-kurva ta '10% tintuża meta s-SoC ta' unità waħda hija 10% ogħla minn dik ta 'unità oħra. Għal unitajiet NMC, huwa diffiċli li jinstab żbilanċ ta '1%, ħlief għal SoCs taħt il-5% (Figura 3.18 (a)); Żbilanċ ta '10% huwa faċilment skopert, ħlief għal madwar 35% SoC. Għal unitajiet LFP, huwa faċli li jinstab żbilanċ ta '1% meta s-SoC ikun taħt l-10% u 'l fuq minn 95% (Figura 3.18 (b)). F'postijiet oħra, huwa kważi imperċettibbli; Meta s-SoC huwa 50%, 30% biss ta 'żbilanċ sever jistgħu jiġu skoperti. Għalhekk, għalkemm il-batteriji LFP huma adattati ħafna għal applikazzjonijiet ta 'enerġija, batteriji buffer b'batteriji LFP huma attwalment impossibbli li jinkiseb bilanċ intermedju. Li tipprova tibbilanċja pakkett ta 'batteriji f'żona fejn il-vultaġġ tad-delta huwa baxx wisq mhux biss huwa bla sens, iżda wkoll probabbli li jmur lura, peress li fatturi oħra jistgħu jaffettwaw id-differenza fil-vultaġġ tat-terminal tal-batterija aktar minn żbilanċ.

Id-differenza fil-kurrent ta 'kwittanza personali hija l-kawża diretta tal-iżbilanċ tal-batterija. Is-SoC ta 'batteriji bi skariku għoli jonqos aktar malajr minn dak ta' batteriji bi skariku baxx. Hekk kif jgħaddi ż-żmien, il-livelli SoC ta 'kull ċellula tal-batterija jiddifferenzjaw u l-istat ta' żbilanċ jiżdied. Għalkemm il-batteriji kollha jaqilgħu lilhom infushom bir-rata minima, xi wħud huma aktar mgħaġġla minn oħrajn, speċjalment f'temperaturi differenti (Figura {{0}} (a)). L-agħar xenarju jseħħ meta xi batteriji jkunu f'temperatura tal-kamra filwaqt li oħrajn ikunu fi stat sħun (pereżempju, minħabba li huma installati ħdejn iċ-charger). Il-kurrent ta 'kwittanza awto tal-batterija l-aktar kiesħa huwa 0.000023C, filwaqt li l-kurrent ta' kwittanza awto tal-batterija l-aktar sħuna huwa 0.00017C,

Differenza ta' 0.00015 gradi Celsius. Minħabba din id-differenza, is-sekwenza se ssir aktar żbilanċjata bi 11% kull xahar. Sabiex tikkumpensa għall-varjazzjoni fil-kurrent ta 'kwittanza personali bejn il-batteriji, BMS jikseb kurrent ibbilanċjat mill-batterija bl-inqas kurrent ta' skariku awto. Dan il-kurrent tal-bilanċ huwa eżattament ugwali għad-differenza fil-kurrent ta 'kwittanza personali bejn din il-batterija u l-batterija bl-ogħla skariku awto. Fl-eżempju muri fil-figura, jekk jogħġbok innota kif il-BMS jiżgura li kull ċellula skarika bl-istess kurrent ta '150 μ A billi tipprovdi kurrent ta' skarigu addizzjonali għal ċelloli b'kurrent ta 'skarika awto baxx. Alternattivament, BMS jista 'jiċċarġja l-batterija bl-ogħla kurrent ta' awtoskarigu biex jikkumpensa għad-differenza.

L-algoritmu tal-ibbilanċjar huwa bbażat fuq l-ibbilanċjar tal-vultaġġ: biss meta l-batterija tkun fil-valur tal-issettjar tal-bilanċ, hija bbilanċjata bbażata fuq il-qari tal-vultaġġ tal-batterija; Ibbażat fuq SoC (tbassir): jista 'jiġi bbilanċjat fi kwalunkwe ħin, ibbażat fuq livelli stmati ta' SoC tal-batterija