Cargando cadena de Li-Ion con celdas de diferentes capacidades

Estaba tratando de entender cuál es el peor de los casos al usar una cadena de 4 celdas de ión litio (18650 celdas, 3.6V nom) en serie para formar un paquete de baterías, sin circuitos de equilibrio, para entender cuándo es realmente necesario , siempre que con monitor de una sola célula. Sé que normalmente se usa un BMS, pero estaba pensando en cuáles son las condiciones que establecen el umbral de un sistema seguro a un sistema inseguro sin un BMS (para el exceso / bajo voltaje y la corrección de balance). Durante este proceso, realmente aprendo mucho, o al menos eso creo. Por lo que he entendido, hay algunas fuentes de desequilibrio, como:

1. Desequilibrio de SOC, relacionado con imperfecciones de fabricación, que conduce a una gran auto descarga y, por lo tanto, desequilibrio; pero también podría estar relacionado con cualquier otra cosa que traiga esta variación SOC, dentro de las celdas de la misma impedancia y capacidad. Esta variación SOC parece ser la más famosa y documentada.
   • Desde un punto de vista puramente teórico, estaba pensando que con una carga muy ligera en la batería (como pocos% en DOD), con algunos límites seguros y celdas de alta calidad del mismo lote, no parece ser un gran problema Incluso después de muchos cientos (luz) ciclos. Porque también leí que este desequilibrio se puede magnificar con DOD profundo y corrientes altas.
2. Desajuste de impedancia: esto es lo más dañino cuando se usan balanceadores. Sin equilibrio, el problema no es tan grande, si no se consideran las protecciones de bajo / sobre voltaje durante la descarga / carga.

3. Diferencia de capacidad (que a su vez conduce a una variación de SOC): esta es la más difícil de encontrar información abierta sobre eso. El único artículo / artículo que aborda el problema directamente es el de Yevgen Barsukov , pero también aquí, solo está estimando cuánto afecta realmente con respecto a los desajustes puros de SOC:

     

   Puede ser que la capacidad química total de una celda, Q MAX, sea diferente   para empezar. Pero incluso si todas las células fueran descargadas por igual   de un estado totalmente cargado, su estado químico de carga será diferente. De hecho, si las 3 celdas son descargadas por   100 mAh, pero la celda 3 tiene una capacidad total diferente (por ejemplo: 2000 mAh   En lugar de 2200 mAh), los estados químicos de carga resultantes serán 95.4 y 95%. Esto a su vez también causará   diferentes OCVs. Como se puede observar, 200 mAh de diferencia en Q MAX.   causa solo una diferencia de 0.4% en SOC. Porque SOC se correlaciona   con voltaje, esto indica que el desequilibrio de capacidad causa menos diferencia de voltaje que el desequilibrio de carga   (causa 1).

   • Esto no está muy claro para mí, estaba pensando que el desajuste de capacidad, si la batería se usa ligeramente y se mantiene a un OCV máximo de 4.0V, mantendría tanto la más fuerte como la más débil dentro de los límites seguros. En otras palabras, estaba pensando en este gráfico a continuación, donde se usa una detección de voltaje excesivo / insuficiente: Ahora, lo que estoy escribiendo puede parecer difícil, pero trato de ser claro. Traduciendo esto a un sistema sin BMS, piense qué sucede si reduzco el SOC máximo al 100% a un SOC máximo al 80% y con, por ejemplo, un DOD ligero del 10%. Pero TAMBIÉN corta la carga SOLAMENTE cuando el STRING obtiene el máximo voltaje de flotación relacionado con un SOC del 80% (un poco menos de 4,2 V) mientras que nunca baja del 70% del SOC durante la descarga. En este caso, ¿es correcto decir que se permite un 20% (100% -80%) de desajuste de capacidad? Explicando además, si las células tienen el mismo SOC, cuando se descargan de una energía dada extraída del paquete general, la célula más débil tendrá un 20% menos de capacidad. Por otro lado, al cargar, podemos terminar con la situación original, porque estamos devolviendo la misma cantidad de carga, reduciendo la carga a la misma cantidad de voltaje de flotación. Pero si en cambio estamos cargando desde una capacidad media hasta su máximo del 80%, el más débil (del 20% en este ejemplo) alcanzará ahora el 100% de la carga. Por lo tanto, creo que puedo asumir con estos límites un 20% del margen permitido en estos casos de uso. Entonces, la situación ideal es preparar las baterías para tener un 80% de SOC y usarlas desde este momento.

El gráfico hipotético será entonces similar al que se muestra, pero ahora con la misma cantidad de energía extraída de cada celda, por lo que no se reduce la potencia entregada (que es solo el 10% del paquete de baterías). Básicamente, los altibajos superan el 80% y por debajo del 70%, pero me permiten permanecer dentro del 0% y el 100% . En este caso, si la suposición es correcta y de acuerdo con las respuestas, los problemas se relacionan con la rapidez con que el desequilibrio se resume en el tiempo y los ciclos.