Cadena de carga de Li-Ion con celdas de diferentes capacidades

Estaba tratando de entender cuál es el peor de los casos de usar una cadena de 4 celdas de iones de litio (18650 celdas, 3,6 V nom) en serie para formar un paquete de baterías, sin circuitos de equilibrio, para comprender cuándo es realmente necesario, siempre y cuando como con el monitor de una sola celda. Sé que normalmente se usa un BMS, pero estaba pensando cuáles son las condiciones que establecen el umbral de un sistema seguro a inseguro sin un BMS (para corrección de equilibrio y sobrevoltaje). Durante este proceso realmente aprendo mucho, o al menos eso creo. Por lo que he entendido, hay algunas fuentes de desequilibrio, como:

1. Desequilibrio del SOC, relacionado con imperfecciones de fabricación, que conduce a una gran autodescarga y, por tanto, a un desequilibrio; pero también podría estar relacionado con cualquier otra cosa que traiga esta variación del SOC, dentro de celdas de la misma impedancia y capacidad. Esta variación del SOC parece ser la más famosa y documentada.
   • Desde un punto de vista teórico puro, estaba pensando que con un estrés muy ligero en la batería (como un pequeño % en DOD), con algunos límites seguros y celdas de alta calidad del mismo lote, parece no ser un gran problema incluso después de muchos cien ciclos (de luz). Porque también leí que este desequilibrio podría magnificarse con DOD profundo y corrientes altas.
2. Desajuste de impedancias: es el más perjudicial cuando se utilizan 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 información abierta más difícil de encontrar al respecto. El único documento/artículo que aborda el problema directamente es el de Yevgen Barsukov , pero también aquí, solo está estimando cuánto impacta realmente con respecto a los desajustes puros de SOC:

   Puede ser que la capacidad química total de una célula, Q MAX , fuera diferente al principio. Pero incluso si todas las celdas se descargaran en la misma cantidad desde un estado completamente cargado, su estado químico de carga será diferente. De hecho, si las 3 celdas se descargan en 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 provocará diferentes OCV. Como se puede ver, la diferencia de 200 mAh en Q MAX causa solo una diferencia de 0.4% en SOC. Debido a que el SOC se correlaciona con el voltaje, esto indica que el desequilibrio de capacidad provoca una diferencia de voltaje menor que el desequilibrio de carga (causa 1).

   • Esto no me queda muy claro, estaba pensando que el desajuste de la capacidad, si la batería se usa poco y se mantiene en un OCV máximo de 4,0 V, mantendría tanto a los más fuertes como a los más débiles dentro de límites seguros. En otras palabras, estaba pensando en este gráfico a continuación, donde se usa una detección de sobre/bajo voltaje: Ahora, lo que estoy escribiendo puede parecer difícil, pero trato de ser claro. Traduciendo esto a un sistema sinBMS y pensad que pasa si reduzco el SOC máximo del 100% a un SOC máximo del 80% y con, por ejemplo, un DOD ligero del 10%. Pero TAMBIÉN corte la carga SOLO cuando la CADENA obtenga el voltaje de flotación máximo relacionado con un SOC del 80 % (es decir, un poco menos de 4,2 V) sin bajar nunca 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 aún más, si las celdas tienen el mismo SOC, cuando se descargan de una energía dada tomada del paquete general, la celda más débil tendrá un 20% menos de capacidad. Por otro lado, al cargar, podemos terminar en la situación original, porque estamos volviendo a colocar la misma cantidad de carga, cortando la carga a la misma cantidad de voltaje de flotación. Pero si en cambio estamos cobrando desde una capacidad media hasta su máximo del 80%, el más débil (del 20% en este ejemplo) alcanzará ahora el 100% de carga. Entonces, ¿por qué pensé que puedo asumir con estos límites un 20% de margen permitido, en estos casos de uso? Entonces, la situación ideal es preparar las baterías para tener un SOC del 80% y usarlas a partir de ese 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% de la batería). Básicamente, dejar que los altibajos suban por encima del 80 % y por debajo del 70 %, pero permitiéndome quedarme entre el 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 la que se acumula el desequilibrio a lo largo del tiempo y los ciclos.