Definizione, misura e metodo di calcolo di parametri importanti della batteria di potere
un riassunto
Questo documento pricipalmente è redatto per facilitare il personale interno di R & S della società capire a rapidamente e chiaramente alcuni parametri caratteristici importanti della batteria e dei suoi metodi di calcolo e di misura. Pricipalmente comprende lo stato SOC della tassa dello stato SOH della batteria di potere, di salute della batteria, della resistenza interna R, ecc.
Questo documento pricipalmente si riferisce alle norme ed agli standard industriali nazionali delle batterie di potere come pure ad alcune informazioni autorevoli su Internet ed è compilato congiuntamente alla loro propria esperienza di lavoro.
due SOC dello stato della batteria della tassa e del suo metodo di stima
definizione 2,1 del SOC della batteria
Il SOC della batteria è usato per riflettere il potere restante della batteria, che è definita come la percentuale della capacità disponibile corrente nella capacità iniziale (norma nazionale).
L'associazione avanzata americana della batteria (usabc) definisce il SOC nel manuale di esperimento della batteria del veicolo elettrico come segue: il rapporto della capacità restante della batteria alla capacità stimata negli stessi termini nell'ambito del tasso specificato di scarico.
SOC=QO/QN
Il veicolo elettrico di Honda (EV più) definisce il SOC come segue:
SOC = capacità residua/(fattore di attenuazione stimato di capacità di capacità di capacità)
Dove capacità residua = capacità stimata - scarico netto - autoscarica - compensazione di temperatura
Il potere restante della batteria di potere è il fattore principale che colpisce determinare e la gamma di azionamento la prestazione del veicolo elettrico. La stima accurata del SOC può migliorare il rendimento energetico della batteria e prolungare il tempo di impiego della batteria, in modo da assicurare il migliore azionamento del veicolo elettrico. Allo stesso tempo, il SOC è inoltre una base importante per controllo di scarico e della carica della batteria e l'equilibrio della batteria.
Nell'applicazione pratica, dobbiamo realizzare l'algoritmo di stima della batteria SOC secondo il valore misurabile della batteria, quale tensione e corrente, combinato con i fattori d'influenza della batteria interni e la frontiera esterna (temperatura, vita, ecc.). Tuttavia, il SOC è non lineare dovuto il suoi luogo di lavoro interno e fattori esterni, in modo da questi problemi devono essere superati per raggiungere un buon algoritmo di stima del SOC. Attualmente, la stima della batteria SOC nel paese ed all'estero parzialmente è stata realizzata e si applicata a costruire, quale il metodo di amperora, il metodo della resistenza interna, metodo di tensione a circuito aperto ecc. La caratteristica comune di questi algoritmi è che sono facili da implementare, ma la mancanza di considerazione dei fattori d'influenza interni ed esterni nelle condizioni di lavoro reali conduce all'adattabilità difficile, che è difficile da soddisfare le richieste di BMS del miglioramento continuo di accuratezza di stima. Di conseguenza, dopo la considerazione che il SOC è colpito da molti fattori, un po'più di algoritmi complessi sono proposti, quali l'algoritmo del filtro di Kalman, l'algoritmo della rete neurale, l'algoritmo sfocato di stima ed altri nuovi algoritmi. Rispetto agli algoritmi tradizionali precedenti, hanno un gran numero di calcolo, ma più alta accuratezza. Fra loro, il filtro di Kalman ha una buona prestazione nell'accuratezza e nell'adattabilità di calcolo.
due introduzione del punto due di parecchi algoritmi di stima del SOC
(1) metodo di amperora
Il metodo di amperora, anche conosciuto come il metodo corrente di integrazione, è inoltre la base per la batteria calcolatrice SOC. Assuming che il valore iniziale del SOC della batteria corrente è soc0, dopo caricarsi tempo t o scaricando, il SOC è:
Q0 è la capacità stimata della batteria e (t) sono la carica della batteria e dispersione corrente (scarico è positivo).
Infatti, il SOC è definito come lo stato della tassa della batteria e lo stato della tassa della batteria è la totalità della corrente della batteria, in modo da nella teoria, il metodo di amperora è il più accurato. Allo stesso tempo, è inoltre facile da realizzare. Deve soltanto misurare la batteria che si carica e tempo di dispersione corrente e. Nell'applicazione d'organizzazione pratica, la formula discreta di calcolo è come segue:
Nel lavoro reale della batteria, il metodo di amperora è usato per calcolare la Soc. I fattori di interferenza di rumore e di errore di misurazione colpiranno i risultati di misura, in modo dal SOC non può essere stimato correttamente (fattori quali l'autoscarica e la temperatura non sono considerati). Allo stesso tempo, il valore iniziale del SOC della batteria non può essere ottenuto con il metodo di amperora. Solitamente, il metodo di amperora usa il valore del SOC conservato tramite l'ultimi carica della batteria e scarico come il valore iniziale per il calcolo seguente, ma questo farà l'errore del SOC accumularsi continuamente. Di conseguenza, in ingegneria pratica, il metodo di amperora generalmente è usato come la base di altri algoritmi o si combina con altri algoritmi per la stima.
(2) metodo di tensione a circuito aperto
C'è una determinata relazione funzionale fra la forza elettromotrice dell'Accumulatore litio-ione ed il SOC della batteria. Di conseguenza, il valore del SOC della batteria può essere ottenuto misurando la tensione a circuito aperto. Per ottenere il valore accurato della forza elettromotrice della batteria con il metodo di tensione a circuito aperto, in primo luogo, la batteria deve corrispondere ad un periodo. Attualmente, il valore di tensione a circuito aperto (OCV) può essere considerato per come uguale al suo valore della forza elettromotrice. In questo modo, la forza elettromotrice della batteria può essere ottenuta ed il SOC della batteria può essere ottenuto. La curva soc-ocv della tassa e dello scarico della batteria al litio è ottenuta con gli esperimenti e poi i valori del SOC delle tensioni a circuito aperto differenti sono interrogati secondo la curva soc-ocv.
Il metodo di tensione a circuito aperto richiede la batteria di corrispondere ancora ad un periodo eliminare l'errore causato dai fattori esterni, che non è adatto a misura in tempo reale della Soc della batteria inoltre, il cambiamento di tensione a circuito aperto della batteria SOC nella sezione centrale è molto piccolo, con conseguente grandi misura ed errore di stima della Soc media.
(3) metodo del filtro di Kalman
Il metodo del filtro di Kalman usa la conoscenza della dinamica di misura e del sistema, le caratteristiche statistiche di rumore e dell'errore di misurazione presupposti del sistema e le informazioni delle circostanze iniziali per elaborare i valori misurati e per ottenere la stima minima degli errori dello stato di sistema. Il pacchetto della batteria per il veicolo elettrico può essere considerare come un sistema dinamico composto di input e di uscita. Sui locali di comprensione deuna certa conoscenza priore del sistema, l'equazione di parametro dello stato del sistema è stabilita e poi la stima interna di parametro del sistema, compreso lo stato della tassa, che non può essere misurato direttamente, è ottenuta usando la funzione di verifica dell'uscita. Sulla base del modello di modello o elettrochimico del circuito equivalente della batteria, l'equazione di stato e l'equazione di misura del sistema sono stabilite. Secondo i dati di prova di scarico del pacchetto della batteria, la tensione a circuito aperto del pacchetto della batteria è stimata dall'algoritmo del filtro di Kalman per realizzare la stima dello stato della batteria della tassa. Il suo vantaggio è che la stima di varianza minima del SOC può essere ottenuta con il metodo ricorsivo secondo la tensione raccolta e corrente, in modo da risolvere i problemi della stima inesatta di valore iniziale del SOC e dell'errore cumulativo; Lo svantaggio è che dipende altamente dal modello della batteria e richiede l'alta velocità dell'unità di elaborazione di sistema.
3. Definizione e calcolo dello stato di salute della batteria (soh)
definizione 3,1 dello stato SOH di salute della batteria
La definizione standard della batteria SOH è il rapporto della capacità liberata dalla batteria di potere dallo stato completo alla tensione d'interdizione ad un determinato tasso nelle condizioni normali alla sua capacità nominale corrispondente (capacità iniziale reale). Questo rapporto è una riflessione dello stato di salute della batteria.
In breve, il rapporto fra il valore reale ed il valore nominale di alcuni parametri di prestazione direttamente misurabili o indirettamente calcolati dopo che la batteria è utilizzata per un periodo, che è usato per giudicare lo stato dopo il declino di salute della batteria e per misurare il grado di salute della batteria. La sua prestazione reale è il cambiamento di alcuni parametri dentro la batteria (quali resistenza interna, capacità, ecc.). Di conseguenza, ci sono parecchi metodi per definire lo stato SOH di salute della batteria secondo la quantità caratteristica della batteria:
(1) definisce SOH dal punto di vista della capacità rimanente della batteria:
SOH=Qaged/Qnew
Dove qaged il potere disponibile massimo della batteria e il qnew è il potere massimo quando la batteria non è in uso.
(2) definisce SOH dal punto di vista della capacità della batteria:
SOH=CM/CN
Dove il cm è la capacità misurata corrente della batteria e del cn è la capacità nominale della batteria.
(3) definisce SOH dal punto di vista della resistenza interna della batteria:
SOH=)/((di REOL-R REOL-Rnew)
Fra loro, il reol è la resistenza interna della batteria alla conclusione del suo tempo di impiego, RNew è la resistenza interna della batteria quando lascia la fabbrica e la R è la resistenza interna della batteria nel suo stato corrente.
Nota: la formula di cui sopra per definire SOH dalla capacità restante della batteria o dalla capacità della batteria non è la formula reale di calcolo di SOH, ma un metodo della definizione, cioè, questo metodo della definizione ha una funzione corrispondente unica da corrispondere al SOH reale. Per esempio, in base alla capacità di singola batteria, SOH può realmente essere calcolato dalla seguente formula:
SOH=)/((DI CM-CEOL CN-CEOL)
Dove il ceol è la capacità alla conclusione di durata di vita della batteria (rottamare), che è una costante. La formula di calcolo di SOH qui sopra è realmente equivalente alla definizione in (2). Seguire è una derivazione semplice:
Lasciato SOH = cm/CN = x nel definizione, SOH = (cm-ceol)/(cn-ceol) = y in calcolo formula, presupponendo ceol = PCN, poi y = (xcn-pcn)/(CN - PCN) =)/((di X-P 1-p), cioè, y è una funzione (relazione lineare) circa la X, dove la p è una costante.
3,2 vari metodi comuni di stima di SOH
(1) metodo completo di scarico
La prova completa di scarico richiede un ciclo completo di scarico della batteria e poi la capacità di scarico è provata e paragonata alla capacità nominale di nuova batteria. Questo metodo è riconosciuto attualmente come il metodo attendibile, ma i suoi svantaggi sono inoltre ovvi. Richiede la prova offline della batteria ed il molto tempo della prova. Dopo la prova, la batteria deve essere ricaricata.
(2) metodo di resistenza interna
La stima di SOH è effettuata stabilendo la relazione fra la resistenza interna e SOH. Tantissimi studi indicano che c'è una determinata relazione corrispondente fra la resistenza interna della batteria e SOH. Con l'aumento di tempo di servizio della batteria, la resistenza interna della batteria aumenterà ed il potere disponibile della batteria diminuirà allo stesso tempo. La stima di SOH è effettuata attraverso questo punto.
Questo metodo inoltre presenta gli svantaggi: tantissimi studi hanno indicato che la resistenza interna ohmica della batteria cambierà significativamente quando le diminuzioni della capacità della batteria al 70% - il 80% originali, che possono essere abbastanza differenti dal 80% generale. Allo stesso tempo, la resistenza interna della batteria è un valore di milliohm e la sua misura accurata online è inoltre una difficoltà.
(3) metodo elettrochimico di impedenza
Ciò è un metodo più complesso. Applicandoci i segnali sinusoidali multipli con differenti frequenze alla batteria e poi analizzando i dati raccolti secondo la teoria sfocata, possiamo ottenere le caratteristiche della batteria e predire la prestazione della batteria corrente. Facendo uso di questo metodo richiede molta impedenza e lo spettro dell'impedenza ha collegato le teorie e le attrezzature costose, in modo da non è raccomandato per il momento.
4. Resistenza interna R della batteria
La resistenza interna della batteria è molto piccola. La definiamo solitamente nel milliohm (m. Ω). La resistenza interna è un indice tecnico importante per misurare la prestazione della batteria. In circostanze normali, la batteria con la piccola resistenza interna ha forte capacità a corrente forte di scarico e la batteria con la grande resistenza interna ha capacità debole di scarico.
La resistenza interna della batteria comprende la resistenza interna ohmica (R Ω) e la resistenza interna di polarizzazione elettrochimica (RE). Per gli Accumulatori liti-ione, la resistenza interna ohmica (R Ω) della batteria pricipalmente comprende la resistenza costituita dalla resistenza quando gli ioni del litio attraversano l'elettrolito, la resistenza del diaframma, la resistenza all'interfaccia dell'elettrodo dell'elettrolito e la resistenza del collettore (, elettrodo di alluminio di rame), ecc; La resistenza di polarizzazione elettrochimica (RE) comprende la resistenza di polarizzazione e la resistenza di polarizzazione di concentrazione nel corso di intercalare dello ione del litio, de intercalation e la diffusione e trasferimento dello ione.
La resistenza interna ohmica (R Ω) obbedisce alla legge di Ohm ed alla polarizzazione che elettrochimica la resistenza interna (RE) non obbedisce alla legge di Ohm. I tipi differenti di batterie hanno resistenza interna differente. La resistenza interna dello stesso tipo di batteria è inoltre differente dovuto la contraddizione delle caratteristiche chimiche interne. Inoltre, il SOC, il Re ecc cambierà con la temperatura della batteria (inoltre, SOC, con riferimento ad ecc).
Attualmente, la misura della resistenza interna della batteria pricipalmente comprende il metodo di prova di CC ed il metodo di prova di CA, che misurano rispettivamente la resistenza interna di CA e la resistenza interna di CC della batteria. dovuto la piccola resistenza interna della batteria quando misura la resistenza interna di CC, la resistenza interna di polarizzazione è generato dovuto la polarizzazione della capacità dell'elettrodo, in modo da del suo valore vero non può essere misurato; La misura della resistenza interna di CA può evitare l'influenza della resistenza interna di polarizzazione ed ottenere il valore interno reale (pricipalmente resistenza interna ohmica).
Metodo di misura di resistenza interna di scarico di CC: secondo la formula fisica R= Δ V Δ 1. L'attrezzatura di prova permette che la batteria passi una grande corrente costante di CC in poco tempo (attualmente, la grande corrente di 40a-80a è usata generalmente), la misura il cambiamento di tensione ad entrambe l'estremità della batteria attualmente e che calcola la resistenza interna corrente della batteria secondo la formula. Questo metodo è controllato correttamente e l'accuratezza può essere controllata all'interno di 0,1%, ma inoltre ha imperfezioni ovvie: (1) può misurare soltanto le batterie della grande capacità e le batterie di piccola capacità non possono caricare così grande corrente; (2) quando la batteria attraversa una grande corrente, la polarizzazione si presenta dentro la batteria, con conseguente resistenza interna di polarizzazione. Di conseguenza, il tempo di misura deve essere molto breve, altrimenti l'errore del valore misurato della resistenza interna è molto grande.
La prova di resistenza interna di CA utilizza generalmente gli strumenti speciali della prova ed il suo principio di metodo è come segue: facendo uso delle caratteristiche che la batteria è equivalente ad una resistenza attiva, applichi un segnale di CA con la corrente a frequenza fissa e fissa alla batteria (attualmente, la frequenza 1kHz e la piccola corrente 50mA sono usate generalmente) e poi provi la sua tensione, rettificano dopo una serie di elaborazione come filtrazione, la resistenza interna della batteria è calcolato tramite il circuito dell'amplificatore operazionale. Il metodo di prova della resistenza interna di CA ha le seguenti caratteristiche: (1) può misurare quasi tutte le batterie, compreso le batterie di piccola capacità e non danneggierà troppo la batteria stesso; (2) l'accuratezza può essere disturbata dall'ondulazione/corrente armonica, che richiede l'alta abilità anti-interferenza del circuito dello strumento di misura; (3) incapace di misurare online in tempo reale.
5. Prova di tasso di autoscarica della batteria di potere
L'autoscarica della batteria inoltre è conosciuta come la capacità di tenuta della tassa. Si riferisce alla capacità di tenuta dell'elettricità memorizzata della batteria in determinate condizioni ambientali nello stato del circuito aperto (o della perdita di energia chimica causata da reazione spontanea interna). In linea generale, l'autoscarica pricipalmente è colpita dal processo di fabbricazione, dai materiali e dalle condizioni di stoccaggio della batteria.
Capacità iniziale = [- dopo tempo di tenuta del × di capacità di scarico] × 100%
Generalità, più bassa la temperatura di stoccaggio della batteria, più basso il tasso di autoscarica. Tuttavia, dovrebbe essere notato che troppo basso o ugualmente la temperatura elevata può danneggiare la batteria e renderla inutilizzabile. In linea generale, le batterie convenzionali richiedono una gamma di temperature di stoccaggio - di 20 ~ ℃ 45. Dopo che la batteria completamente è caricata e disposta in circuito aperto per un periodo, un determinato grado di autoscarica è un fenomeno normale. Rispetto ad altri tipi di batterie, il tasso di autoscarica di Accumulatore litio-ione è ancora insignificante e la maggior parte della perdita della capacità possono essere recuperate, che è determinata dalla struttura dell'Accumulatore litio-ione. Tuttavia, alla temperatura ambiente inadeguata, il tasso di autoscarica di batteria al litio ancora sta stupendo, che avrà un grande impatto sul tempo di impiego della batteria. Allo stesso tempo, la contraddizione dell'autoscarica di singola batteria è un fattore importante che colpisce la consistenza del pacchetto della batteria. La differenza dell'autoscarica è grande e la contraddizione della batteria sarà riflessa rapidamente nel corso di uso.
6. Caratteristiche di temperatura
La capacità, la resistenza interna della tassa e scarico e la tensione a circuito aperto della batteria di potere sono colpite dalla temperatura.
(1) la temperatura ambiente ha una grande influenza sulla capacità della batteria del fosfato del ferro del litio. La capacità si decompone rapidamente alla bassa temperatura ed agli aumenti rapidamente ad un determinato aumento di temperatura, ma il suo tasso del cambiamento è di meno che quello alla bassa temperatura. Oltre certa gamma, la capacità si decompone con l'aumento della temperatura.
(2) l'influenza della temperatura ambiente sulla resistenza interna ohmica e sulla resistenza interna totale della batteria è ovvia. Generalità, più bassa la temperatura, maggior la resistenza interna. La resistenza interna ohmica è più sensibile alla temperatura che la resistenza interna di polarizzazione ed il cambiamento della resistenza interna ohmica è più sensibile alla bassa temperatura.
(3) la curva soc-ocv della batteria ha poca differenza alle temperature differenti. Più bassa la temperatura, più bassa la curva soc-ocv. E la velocità di deviazione della curva è maggior alla bassa temperatura.
