تحليل عدم تناسق حزمة البطارية

تحليل التناقض

1.1 معنى التناقض

عدم تناسق بطاريات الليثيوم أيون يعني أن هناك بعض الاختلافات في الجهد والسعة والمقاومة الداخلية والعمر وتأثير درجة الحرارة ومعدل التفريغ الذاتي وغيرها من المعلمات بعد أن تشكل البطاريات المفردة التي لها نفس المواصفات والطراز حزمة بطارية.

بعد تصنيع البطارية الواحدة، هناك بعض الاختلافات في أدائها الأولي. مع استخدام البطاريات، تتراكم هذه الاختلافات في الأداء بشكل مستمر، وفي الوقت نفسه، نظرًا لأن بيئة الاستخدام لكل بطارية في مجموعة البطارية ليست متماثلة تمامًا، فإن عدم تناسق البطارية المفردة يتسع تدريجيًا، مما يؤدي إلى تسريع توهين الأداء البطارية ويتسبب في النهاية في فشل مبكر لحزمة البطارية.

1.2 أداء عدم الاتساق

يتجلى عدم تناسق بطاريات الليثيوم أيون بشكل رئيسي في جانبين: الاختلاف في معلمات أداء البطارية (سعة البطارية، والمقاومة الداخلية، ومعدل التفريغ الذاتي، وما إلى ذلك) والاختلاف في حالة شحن البطارية (SOC).

لقد وجدنا أن فرق سعة التوزيع بين الخلايا قريب من توزيع فايل. لكن درجة تشتت المقاومة الداخلية أكثر أهمية من السعة، والمقاومة الداخلية لنفس دفعة البطاريات تتوافق بشكل عام مع قانون التوزيع الطبيعي، ومعدل التفريغ الذاتي يقدم أيضًا توزيعًا طبيعيًا تقريبيًا. تمثل SOC حالة شحن البطارية، وهي نسبة السعة المتبقية للبطارية إلى السعة المقدرة. ويعتقد أن السعة القصوى المتاحة للبطاريات تختلف بسبب عدم تناسق البطاريات واختلاف معدلات تسوس السعة. يتغير SOC للبطارية ذات السعة الصغيرة بشكل أسرع من البطارية ذات السعة الكبيرة، ويصل إلى جهد القطع بشكل أسرع عند الشحن والتفريغ.

1.3 أسباب عدم الاتساق

هناك أسباب عديدة لعدم تناسق بطاريات الليثيوم أيون، خاصة في عملية التصنيع وعملية الاستخدام. كل رابط في عملية التصنيع، مثل توحيد الملاط أثناء الخلط، والتحكم في كثافة السطح والتوتر السطحي أثناء الطلاء، وما إلى ذلك، سوف يسبب اختلافات في أداء الخلايا المفردة.

بعد دراسة تأثير عملية تصنيع بطارية الليثيوم أيون على اتساق البطارية، تم دراسة تأثير عملية إنتاج بطارية الليثيوم أيون مع نظام رابط مائي على اتساق البطارية بشكل مؤكد. في عملية استخدام البطارية، نعتقد أن وضع الاتصال والأجزاء/الأجهزة الهيكلية وظروف العمل والبيئة ستؤثر على اتساق حزمة البطارية. نظرًا لأن الطاقة التي تستهلكها كل نقطة اتصال غير متناسقة، فإن الأداء ومعدل التقادم لكل مكون أو هيكل غير متناسق أيضًا، وبالتالي فإن التأثير على البطارية غير متناسق أيضًا. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لاختلاف الموضع ودرجة الحرارة وتخفيف الأداء لكل خلية مفردة في البطارية، سيتم تضخيم عدم تناسق الخلايا المفردة.

ثانياً، طرق تحسين تناسق البطارية

2.1 التحكم في عملية الإنتاج

إن التحكم في عملية الإنتاج مهم من جانبين: المواد الخام وتكنولوجيا الإنتاج. أما بالنسبة للمواد الخام، فحاول اختيار نفس الدفعة من المواد الخام لضمان اتساق حجم الجسيمات وأداء المواد الخام. يجب أن تخضع العملية برمتها لرقابة صارمة. مثل ضمان تحريك الملاط بالتساوي ووضعه لفترة قصيرة، والتحكم في سرعة آلة الطلاء لضمان سماكة الطلاء واتساقه، وفحص مظهر قطع القطب، والوزن والتدريج، والتحكم في كمية حقن السائل و ظروف التكوين وفصل الحجم والتخزين وما إلى ذلك.

من خلال البحث في تكنولوجيا تحضير بطارية الليثيوم أيون، يتم تحديد التقنيات الرئيسية التي لها تأثير كبير على اتساق بطارية الليثيوم أيون، بما في ذلك الخلط، والطلاء، والدرفلة، واللف/التصفيح، وحقن السائل وتشكيله، و تمت دراسة العلاقة بين كل معلمة عملية رئيسية وأداء البطارية وتحليلها بعمق.

2.2 التحكم في عملية المطابقة

يشير التحكم في عملية التجميع بشكل أساسي إلى فرز البطاريات. تعتمد حزمة البطارية بطاريات ذات مواصفات ونماذج موحدة، ويجب قياس الجهد والسعة والمقاومة الداخلية للبطاريات لضمان اتساق الأداء الأولي للبطاريات.

من خلال البحث وجد أن فرق الجهد للخلايا المفردة هو عامل مهم يؤثر على تماسك كل خلية مفردة في نهاية شحن وتفريغ البطارية، في حين أن فرق المقاومة الداخلية للخلايا المفردة يؤدي إلى اختلاف كبير في منصة الجهد. لكل خلية أثناء شحن البطارية وتفريغها. قمنا بتحليل تأثير DCR، وهو عامل مهم في البطارية المتوازية، وتأثير السعة، وهو عامل مهم في البطارية المتسلسلة، على حزمة البطارية من خلال دراسة عدم تناسق الخلايا المفردة في حزمة بطارية الليثيوم أيون المتوازية، وذلك توفير الأساس اللازم لحزمة البطارية المدمجة. من خلال البحث عن تأثير معدل التفريغ على اتساق تجميع البطارية، وجد تشن بينغ وآخرون أنه مع زيادة معدل التفريغ، زاد عدم تناسق البطاريات، وتحقق تأثير التخلص من البطاريات السيئة.

2.3 التحكم في عملية الاستخدام والصيانة

مراقبة البطارية في الوقت الحقيقي. فحص اتساق البطاريات أثناء المطابقة يمكن أن يضمن اتساق حزمة البطارية في المرحلة الأولى من الاستخدام. عند مراقبة البطارية في الوقت الحقيقي، يمكن ملاحظة مشكلة الاتساق في الوقت الحقيقي. ومع ذلك، عندما يكون الاتساق ضعيفًا، ستقطع دائرة المراقبة دائرة الشحن والتفريغ، وبالتالي ينخفض ​​الأداء. وعلينا أن نجد التوازن بين الاثنين. يمكن أيضًا تعديل البطارية ذات المعلمات المتطرفة أو استبدالها في الوقت المناسب من خلال المراقبة في الوقت الفعلي لضمان عدم توسع عدم تناسق حزمة البطارية بمرور الوقت.

إدخال نظام إداري متوازن. يتم إدارة البطارية بذكاء من خلال اعتماد استراتيجيات المعادلة ودوائر المعادلة المناسبة. في الوقت الحاضر، تتضمن استراتيجيات المعادلة المشتركة استراتيجية المعادلة القائمة على الجهد الخارجي، واستراتيجية المعادلة القائمة على SOC واستراتيجية المعادلة القائمة على القدرات. يمكن تقسيم دائرة المعادلة إلى معادلة سلبية ومعادلة نشطة وفقًا لوضع استهلاك الطاقة. من بينها، يمكن للتوازن النشط تحقيق تدفق الطاقة بدون فقدان بين البطاريات، وهو موضوع بحث ساخن في الداخل والخارج. تتضمن الطرق الشائعة الاستخدام في المعادلة النشطة تجاوز البطارية، والمكثف المبدل، والحث المبدل، وتحويل DC/DC وما إلى ذلك.

الإدارة الحرارية للبطارية. بالإضافة إلى الحفاظ على درجة حرارة عمل مجموعة البطارية في النطاق الأمثل قدر الإمكان، يجب أن تحاول الإدارة الحرارية للبطاريات أيضًا ضمان اتساق ظروف درجة الحرارة بين البطاريات، وبالتالي ضمان اتساق الأداء بين البطاريات بشكل فعال . اعتماد استراتيجية مراقبة معقولة. عندما تسمح طاقة الخرج، يجب تقليل عمق تفريغ البطارية قدر الإمكان، وفي الوقت نفسه، يجب منع الشحن الزائد للبطارية، مما قد يؤدي إلى إطالة عمر دورة حزمة البطارية. تعزيز صيانة حزم البطاريات. قم بإجراء شحن صيانة منخفض التيار على مجموعة البطارية على فترات، وانتبه للتنظيف.