energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2026-69-2-110-125energy-2548Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGО доступной емкости параллельной группы литий-ионных аккумуляторных батарейOn Accessible Capacity of Parallel Assembly of Lithium-Ion BatteriesДобрегоК. В.DobregoK. V.

г. Минск

Minsk

ДрутькоИ. С.DrutkoI. S.

Адрес для переписки:Друтько Иван СергеевичБелорусский национальный технический университетул. Б. Хмельницкого, 9,220013, г. Минск, Республика БеларусьТел.: +375 17 331-30-58dsmsm@bntu.by

Address for correspondence:Drutko Ivan S.Belаrusian National Technical University9, B. Khmelnitskogo str.,220013, Minsk, Republic of Belarus Tel.: +375 17 331-30-58dsmsm@bntu.by

dsmsm@bntu.byКаледникА. С.KalednikА. S.

г. Минск

Minsk

«Белинвестторг» холдинг 1AK GROUPБеларусь"Belinvesttorg" LLC 1AK GROUP HoldingBelarusБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus202607042026692110125Copyright © Добрего К.В., Друтько И.С., Каледник А.С., 20262026Добрего К.В., Друтько И.С., Каледник А.С.Dobrego K.V., Drutko I.S., Kalednik А.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2548

Аккумуляторная батарея (АКБ) представляет собой параллельно-последовательную сборку ячеек, фактическая емкость и изменения которой специфичны и определяются номинальными параметрами ячейки, структурой сборки и алгоритмами системы управления (BMS). В статье рассмотрена задача определения статистических закономерностей фактической емкости и ее динамики в процессе циклирования для батарейного модуля химической системы LiFePO4 со структурой 16s и параллельной пары таких модулей. Промоделирована работа соответствующих АКБ в зависимости от начального разброса заряженности составляющих ячеек, характеристик балансирования последних и других параметров. Обнаружен эффект срыва балансировки ячеек последовательной сборки при низком пороге напряжения начала балансировки, пояснена его природа. Проведено статистическое моделирование зарядно-разрядных циклов батарейных модулей, включенных параллельно. Найдены значения дисбаланса токов зарядки и разрядки параллельных модулей и дисперсия этого дисбаланса. Так, для рассмотренных типов ячеек имеются области значений степени заряженности (SOC), в которых токи зарядки и разрядки сравниваются независимо от начальной разбалансировки ячеек в модулях. Показаны общие тренды выхода на максимально доступную емкость таких систем при различных значениях начальной разбалансировки ячеек. Работа носит методический характер, показывает влияние статистического разброса параметров ячеек на эксплуатационные параметры батарей, прежде всего доступную рабочую емкость и величины рабочих токов зарядки и разрядки параллельных модулей. Количественные результаты могут быть использованы для лучшего понимания процессов балансировки и работы ячеек в последовательно-параллельных сборках, для оптимизации работы BMS, прогнозирования доступной емкости сборок литий-ионных ячеек.

A rechargeable battery (RB) is a parallel-sequential assembly of cells, the actual capacity and changes of which are specific and determined by the nominal parameters of the cell, the structure of the assembly and the algorithms of the control system (BMS). The article considers the problem of determining the statistical patterns of the actual capacity and its dynamics during cycling for a battery module of the LiFePO4 chemical system with a 16s structure and a parallel pair of such modules. The operation of the corresponding RBs is modeled depending on the initial load variation of the component cells, the balancing characteristics of the latter and other parameters. The effect of disrupting the balancing of sequential assembly cells at a low voltage threshold for the start of balancing has been discovered, and its nature has been explained. Statistical mode- ling of the charging and discharging cycles of battery modules connected in parallel has been carried out. The values of the imbalance of charging and discharging currents of parallel modules and the dispersion of this imbalance are found. Thus, for the considered cell types, there are areas of charge degree (SOC) values in which the charging and discharging currents are compared regardless of the initial imbalance of the cells in the modules. The general trends of reaching the maximum accessible capacity of such systems at different values of the initial cell imbalance are shown. The work is methodical in its nature, and it demonstrates the influence of the statistical variation of cell parameters on the operational parameters of batteries, primarily the accessible operating capacity and the values of the charging and discharging currents of parallel modules. The quantitative results can be used to better understand the processes of balancing and operation of cells in series-parallel assemblies, to optimize BMS operation, and to predict the accessible capacity of lithium-ion cell assemblies.

литий-ионный аккумуляторлитий-ионная батареяпоследовательная сборка ячеекпараллельная сборка ячеекэлектрическая емкостьбалансировкаBMSдисбаланс токовзарядно-разрядный цикл аккумуляторной батареиlithium-ion batterylithium-ion rechargeable batterysequential cell assemblyparallel cell assemblyelectrical capacitybalancingBMScurrent imbalancebattery charge-discharge cycleReferencesЛемешевский, В. М. Развитие аккумуляторной отрасли и стратегическое позиционирование холдинга 1ak-group / В. М. Лемешевский // Механика машин, механизмов и материалов. 2025. № 3 (72). С. 92–96. https://doi.org/10.46864/1995-0470-2025-3-72-92-96Lemeshevsky V. M. (2025) Development of the Battery Industry and Strategic Positioning of the 1AK-Group Holding. Mechanics of Machines, Mechanisms and Materials, (3), 92–96 (in Russian). https://doi.org/10.46864/1995-0470-2025-3-72-92-96Добрего, К. B. Моделирование пассивного сопряжения блоков гибридной системы накопления электроэнергии / К. B. Добрего, И. А. Козначеев, В. Л. Червинский // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2024. Т. 67, № 3. С. 209–227. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2024-67-3-209-227Dobrego K. V., Koznacheev I. A., Charvinski V. L. (2024) Мodelling of Passive Coupling of Battery Units of Hybrid Energy Storage System. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 67 (3), 209–227 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2024-67-3-209-227Doyle, M. The use of mathematical modeling in the design of lithium/polymer battery systems / M. Doyle, J. Newman // Electrochimica Acta. 1995. Vol. 40, No 13–14. P. 2191–2196. https://doi.org/10.1016/0013-4686(95)00162-8Doyle M., Newman J. (1995) The use of Mathematical Modeling in the Design of Lithium / Polymer Battery Systems. Electrochimica Acta, 40 (13–14), 2191–2196. https://doi.org/10.1016/0013-4686(95)00162-8Добрего, К. B. Моделирование аккумуляторных батарей и их сборок с учетом деградации параметров / К. B. Добрего, Ю. В. Бладыко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2021. Т. 64, № 1. C. 27–39. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-1-27-39Dobrego K. V., Bladyko V. V. (2021) Modeling of Batteries and their Assemblies Taking into Account the Degradation of Parameters. Energetika. Izvestiya Vysshikh Ucheb- nykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 64 (1), 27–39 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-1-27-39A Comprehensive Model for Lithium-Ion Batteries: From the Physical Principles to an Electrical Model / A. Berrueta, A. Urtasun, A. Ursúa, P. Sanchis // Energy. 2018. Vol. 144. P. 286–300. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.11.154Berrueta A., Urtasun A., Ursúa A., Sanchis P. (2018) A Comprehensive Model for Lithium-Ion Batteries: From the Physical Principles to an Electrical Model. Energy, 144, 286–300. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.11.154Fan, G. A Reduced-Order Electrochemical Model of Li-Ion Batteries for Control and Estimation Applications / G. Fan, X. Li, M. Canova // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2018. Vol. 67, No 1. P. 76–91. https://doi.org/10.1109/tvt.2017.2738780Fan G., Li X., Canova M. (2018) A Reduced-Order Electrochemical Model of Li-Ion Batteries for Control and Estimation Applications. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 67 (1), 76–91. https://doi.org/10.1109/tvt.2017.2738780Battery Models for Battery Powered Applications: A Comparative Study / N. Campagna, V. Castiglia, R. Miceli [et al.] // Energies. 2020. Vol. 13, No 16. P. 4085. https://doi.org/10.3390/en13164085Campagna N., Castiglia V., Miceli R., Mastromauro R. A., Spataro C., Trapanese M., Viola F. (2020) Battery Models for Battery Powered Applications: A Comparative Study. Energies, 13 (16), 4085. https://doi.org/10.3390/en13164085Lifetime Modelling of Lead Acid Batteries: Technical Report RISO-R-1515(EN) / H. Bindner, T. Cronin, P. Lundsager [et al.]. Denmark, 2025. URL: https://www.osti.gov/etdeweb/servlets/purl/20607163Bindner H., Cronin T., Lundsager P., Manwell J. F., Abdulwahid U., Baring-Gould I. (2005) Lifetime Modelling of Lead acid Batteries. Technical Report RISO-R-1515(EN). Denmark. Available at: https://www.osti.gov/etdeweb/servlets/purl/20607163A voltage reconstruction model for lithium-ion batteries considering the polarization process / F. Wang, S. Tang, X. Han // Journal of Power Sources. 2023. Vol. 588. Art. 233744. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.233744Wang F., Tang Sh., Han X., Lu L., Yu Ch., Zhao Ch., Gao Y., Zhu G., Zhuang K., Ouyang M. (2023) A Voltage Reconstruction Model for Lithium-ion Batteries Considering the Polarization Process. Journal of Power Sources, 588, 233744. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.233744Оценка рабочей емкости сборок литий-ионных аккумуляторов методом Монте-Карло / К. B. Добрего, В. М. Лемешевский, В. Л. Червинский, А. С. Каледник // Современные электрохимические технологии и оборудование-2025 = Modern Electrochemical Technologies and Equipment-2025: материалы Междунар. науч.-техн. конф., 19–23 мая 2025 г. Минск: БГТУ, 2025. С. 79–82.Dobrego K. V., Lemeshevski V. M., Chervinski V. L., Kalednik A. S. (2025) Evaluation of the Working Capacity of Lithium-Ion Battery Assemblies by the Monte Carlo Method. Modern Electrochemical Technologies and Equipment-025: Proceedings of the International Scientific Conference, May 19–23, 2025. Minsk, BSTU, 61–64 (in Russian).Shepherd, C. M. Design of Primary and Secondary Cells: II. An Equation Describing Battery Discharge / C. M. Shepherd // Journal of the Electrochemical Society. 1965. Vol. 112, No 7. P. 657–664. https://doi.org/10.1149/1.2423518Shepherd C. M. (1965) Design of Primary and Secondary Cells: II. An Equation Describing Battery Discharge. Journal of the Electrochemical Society, 112 (7), 657–664. https://doi.org/10.1149/1.2423659Roscher, M. A. Dynamic Electric Behavior and Open-Circuit-Voltage Modeling of LiFePO4-Based Lithium Ion Secondary Batteries / M. A. Roscher, U. D. Sauer // Journal of Power Sources. 2011. Vol. 196, No 1. P. 331–336. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.06.098Roscher M. A., Sauer D. U. (2011) Dynamic Electric Behavior and Open-Circuit-Volta- ge Modeling of LiFePO4-Based Lithium Ion Secondary Batteries. Journal of Power Sources, 196 (1), 331–336. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.06.098EVE Power Co., Ltd. Product Specification LF105. URL: https://batteryfinds.com/wp-content/uploads/2023/09/EVE-LF105-105Ah-3.2V-LiFePO4-Prismatic-Battery-Cell-SpecificationDatasheet.pdf (accessed: 20.02.2025).EVE Power Co., Ltd. Product Specification LF105. Available at: https://batteryfinds.com/wp-content/uploads/2023/09/EVE-LF105-105Ah-3.2V-LiFePO4-Prismatic-Battery-Cell-SpecificationDatasheet.pdf (accessed 20 February 2025).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.