О доступной емкости параллельной группы литий-ионных аккумуляторных батарей

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.

1. Лемешевский, 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/10.46864/1995-0470-2025-3-72-92-96

2. Добрего, 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/10.21122/1029-7448-2024-67-3-209-227

3. Doyle, 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)00162-8

4. Добрего, 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/10.21122/1029-7448-2021-64-1-27-39

5. A 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.2017.11.154

6. Fan, 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.2017.2738780

7. Battery 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/en13164085

8. Lifetime 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/20607163

9. A 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.2023.233744

10. Оценка 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.

11. 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/10.1149/1.2423518

12. Roscher, 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.2010.06.098

13. EVE 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).