Definição, medida e método do cálculo de parâmetros importantes da bateria do poder
um sumário
Este documento é preparado principalmente para facilitar os pessoais internos de R & de D da empresa para compreender a mais rapidamente e claramente alguns parâmetros característicos importantes da bateria e de seus métodos da medida e do cálculo. Inclui principalmente o estado SOC da carga do estado SOH da bateria do poder, da saúde da bateria, da resistência interna R, etc.
Este documento refere principalmente os padrões e os padrões do setor nacionais de baterias do poder, assim como alguma informação competente no Internet, e é compilado em combinação com sua própria experiência de trabalho.
dois SOC do estado da bateria de carga e de seu método da avaliação
definição 2,1 do SOC da bateria
O SOC da bateria é usado para refletir o poder restante da bateria, que é definida como a porcentagem da capacidade disponível atual na capacidade inicial (padrão nacional).
A associação avançada americana da bateria (usabc) define o SOC no manual da experiência da bateria do veículo elétrico como segue: a relação da capacidade restante da bateria à capacidade avaliado sob as mesmas condições sob a taxa especificada da descarga.
SOC=QO/QN
O veículo elétrico de Honda (EV mais) define o SOC como segue:
SOC = capacidade residual/(fator de atenuação avaliado da capacidade da capacidade da capacidade)
Onde capacidade residual = capacidade avaliado - descarga líquida - descarga de auto - compensação de temperatura
O poder restante da bateria do poder é o fator principal que afeta o driving range e que conduz o desempenho do veículo elétrico. A avaliação exata do SOC pode melhorar o uso eficaz da energia da bateria e prolongar a vida útil da bateria, para assegurar a condução melhor do veículo elétrico. Ao mesmo tempo, o SOC é igualmente uma base importante para o controle da carga e da descarga da bateria e o equilíbrio da bateria.
Na aplicação prática, nós precisamos de realizar o algoritmo da avaliação da bateria SOC de acordo com o valor mensurável da bateria, tal como a tensão e atual, combinado com os fatores de influência da bateria internos e o limite externo (temperatura, vida, etc.). Contudo, o SOC é não-linear devido a seus ambiente de trabalho interno e fatores externos, assim que estes problemas devem ser superados a fim conseguir um bom algoritmo da avaliação do SOC. Presentemente, a avaliação da bateria SOC parcialmente foi realizada no país e no estrangeiro e aplicada a projetar, tal como o método do ampère-hora, o método da resistência interna, método da tensão do circuito aberto e assim por diante. A característica comum destes algoritmos é que são fáceis de executar, mas a falta da consideração dos fatores de influência internos e externos nas condições de trabalho reais conduz à adaptação pobre, que é difícil cumprir as exigências de BMS para o aprimoramento contínuo da precisão da avaliação. Consequentemente, após ter considerado que o SOC está afetado por muitos fatores, um pouco mais de algoritmos complexos são propostos, como o algoritmo do filtro de Kalman, o algoritmo da rede neural, o algoritmo distorcido da avaliação e outros algoritmos novos. Comparado com os algoritmos tradicionais precedentes, têm uma grande quantidade de cálculo, mas uma precisão mais alta. Entre eles, o filtro de Kalman tem um bom desempenho na precisão e na adaptação do cálculo.
dois introdução do ponto dois de diversos algoritmos da avaliação do SOC
(1) método do ampère-hora
O método do ampère-hora, igualmente conhecido como o método atual da integração, é igualmente a base para calcular a bateria SOC. Que o valor inicial do SOC da bateria atual é soc0 de suposição, após o T-tempo que carrega ou que descarrega-se, o SOC é:
Q0 é a capacidade avaliado da bateria, e de mim (T) é a carga da bateria e descarrega atual (a descarga é positiva).
De fato, o SOC é definido como o estado de carga da bateria, e o estado de carga da bateria é a integral da corrente da bateria, assim que na teoria, o método do ampère-hora é o mais exato. Ao mesmo tempo, é igualmente fácil realizar. Precisa somente de medir a bateria que carrega e tempo do descarregamento corrente e. Na aplicação de planejamento prática, a fórmula discreta do cálculo é como segue:
No trabalho real da bateria, o método do ampère-hora é usado para calcular o SOC. Os fatores da interferência de erro e de ruído de medida afetarão os resultados da medida, assim que o SOC não pode ser calculado corretamente (os fatores tais como a descarga e a temperatura de auto não são considerados). Ao mesmo tempo, o valor inicial do SOC da bateria não pode ser obtido pelo método do ampère-hora. Geralmente, o método do ampère-hora usa o valor do SOC retido pela últimas carga e descarga da bateria como o valor inicial para o cálculo seguinte, mas este fará o erro do SOC acumular continuamente. Consequentemente, na engenharia prática, o método do ampère-hora geralmente é usado como a base de outros algoritmos ou combinado com outros algoritmos para a avaliação.
(2) método da tensão do circuito aberto
Há um determinado relacionamento funcional entre a força eletromotor da bateria do lítio-íon e o SOC da bateria. Consequentemente, o valor do SOC da bateria pode ser obtido medindo a tensão do circuito aberto. A fim obter o valor exato da força eletromotor da bateria com o método da tensão do circuito aberto, primeiramente, a bateria precisa de estar por um período de tempo. Neste tempo, o valor da tensão do circuito aberto (OCV) pode ser considerado para ser igual a seu valor da força eletromotor. Desta maneira, a força eletromotor da bateria pode ser obtida e o SOC da bateria pode ser obtido. A curva soc-ocv da carga e da descarga da bateria de lítio é obtida com as experiências, e os valores do SOC de tensões diferentes do circuito aberto são perguntados então de acordo com a curva soc-ocv.
O método da tensão do circuito aberto exige a bateria estar ainda por um período de tempo para eliminar o erro causado por fatores externos, que não é apropriado para a medida do tempo real da bateria SOC. Além, a mudança da tensão do circuito aberto da bateria SOC na seção média é muito pequena, tendo por resultado a grandes medida e erro da avaliação do SOC médio.
(3) método do filtro de Kalman
O método do filtro de Kalman usa o conhecimento da dinâmica do sistema e da medida, as características estatísticas do ruído do sistema e do erro de medida supostos, e a informação de circunstâncias iniciais para processar os valores medidos e para obter a avaliação mínima do erro do estado de sistema. O bloco da bateria para o veículo elétrico pode ser considerado como um sistema dinâmico composto da entrada e da saída. Nos locais de compreender algum conhecimento prévio do sistema, a equação do parâmetro do estado do sistema é estabelecida, e então a avaliação interna do parâmetro do sistema, incluindo o estado de carga, que não pode ser medido diretamente, é obtida usando a função da verificação da saída. Baseado no modelo modelo ou eletroquímico do circuito equivalente da bateria, a equação de estado e a equação da medida do sistema são estabelecidas. De acordo com os dados de teste da descarga do bloco da bateria, a tensão do circuito aberto do bloco da bateria é calculada pelo algoritmo do filtro de Kalman para realizar a avaliação do estado da bateria de carga. Sua vantagem é que a avaliação da variação mínima do SOC pode ser obtida pelo método recursivo de acordo com a tensão recolhida e atual, para resolver os problemas da avaliação impreciso do valor inicial do SOC e do erro cumulativo; A desvantagem é que é altamente dependente do modelo da bateria e exige a alta velocidade do processador de sistema.
3. Definição e cálculo de estado da saúde da bateria (soh)
definição 3,1 do estado SOH da saúde da bateria
A definição padrão da bateria SOH é a relação da capacidade liberada pela bateria do poder do estado completo à tensão de interrupção em uma determinada taxa sob circunstâncias padrão a sua capacidade nominal correspondente (capacidade inicial real). Esta relação é uma reflexão do estado de saúde da bateria.
Em curto, na relação entre o valor real e o valor nominal de alguns parâmetros de desempenho diretamente mensuráveis ou indiretamente calculados depois que a bateria é usada por um período de tempo, que está usada para julgar o estado após a diminuição da saúde da bateria e para medir o grau da saúde da bateria. Seu desempenho real é a mudança de alguns parâmetros dentro da bateria (tal como a resistência interna, a capacidade, etc.). Consequentemente, há diversos métodos para definir o estado SOH da saúde da bateria de acordo com a quantidade característica da bateria:
(1) definem SOH da perspectiva da capacidade permanecendo da bateria:
SOH=Qaged/Qnew
Onde qaged o poder disponível máximo da bateria e o qnew é o poder máximo quando a bateria não está no uso.
(2) definem SOH da perspectiva da capacidade da bateria:
SOH=CM/CN
Onde o cm está a capacidade medida atual da bateria e da NC é a capacidade nominal da bateria.
(3) defina SOH da perspectiva da resistência interna da bateria:
SOH=) (de REOL-R/(REOL-Rnew)
Entre eles, o reol é a resistência interna da bateria no fim de sua vida útil, RNew é a resistência interna da bateria quando sae da fábrica, e R é a resistência interna da bateria em seu estado atual.
Nota: a fórmula acima para definir SOH da capacidade restante da bateria ou da capacidade da bateria não é a fórmula real do cálculo de SOH, mas um método da definição, isto é, este método da definição tem uma função correspondente original a corresponder ao SOH real. Por exemplo, com base na capacidade de única bateria, SOH pode realmente ser calculado pela seguinte fórmula:
SOH=) (DE CM-CEOL/(CN-CEOL)
Onde o ceol é a capacidade no fim da vida da bateria (se desfazer), que é uma constante. A fórmula do cálculo de SOH acima é realmente equivalente à definição em (2). O seguinte é uma derivação simples:
Deixado SOH = cm/NC = x em definição, SOH = (cm-ceol)/(NC-ceol) = y em cálculo fórmula, supondo ceol = PCN, então y = (xcn-pcn)/(NC - PCN) =) (de X-P/(1-p), isto é, y é uma função (relacionamento linear) sobre X, onde p é uma constante.
3,2 diversos métodos comuns da avaliação de SOH
(1) método completo da descarga
O teste completo da descarga exige um ciclo completo da descarga da bateria, e então a capacidade da descarga é testada e comparada com a capacidade nominal da bateria nova. Este método é reconhecido como o método o mais seguro presentemente, mas suas desvantagens são igualmente óbvias. Exige o teste autônomo da bateria e o tempo longo do teste. Após o teste, a bateria precisa de ser recarregada.
(2) método da resistência interna
A avaliação de SOH é realizada estabelecendo o relacionamento entre a resistência interna e o SOH. Um grande número estudos mostram que há um determinado relacionamento correspondente entre a resistência interna da bateria e o SOH. Com o aumento do tempo de serviço da bateria, a resistência interna da bateria aumentará, e o poder disponível da bateria diminuirá ao mesmo tempo. A avaliação de SOH é realizada através deste ponto.
Este método igualmente tem desvantagens: um grande número estudos mostraram que a resistência interna ôhmica da bateria mudará significativamente quando as diminuições da capacidade da bateria ao 70% - o 80% originais, que podem ser bastante diferentes do 80% geral. Ao mesmo tempo, a resistência interna da bateria é um valor do milliohm, e sua medida exata em linha é igualmente uma dificuldade.
(3) método eletroquímico da impedância
Este é um método mais complexo. Aplicando sinais sinusoidals múltiplos com frequências diferentes à bateria, e então analisando os dados recolhidos de acordo com a teoria distorcido, nós podemos obter as características da bateria e prever o desempenho da bateria atual. Usar este método exige muita impedância e o espectro da impedância relacionou teorias, e o equipamento caro, assim que não se recomenda pelo momento.
4. Resistência interna R da bateria
A resistência interna da bateria é muito pequena. Nós definimo-la geralmente no milliohm (m Ω). A resistência interna é um índice técnico importante para medir o desempenho da bateria. Em circunstâncias normais, a bateria com resistência interna pequena tem a capacidade atual alta forte da descarga, e a bateria com grande resistência interna tem a capacidade fraca da descarga.
A resistência interna da bateria inclui a resistência interna ôhmica (R Ω) e a resistência interna da polarização eletroquímica (COM REFERÊNCIA A). Para baterias do lítio-íon, a resistência interna ôhmica (R Ω) da bateria inclui principalmente a resistência formada pela resistência quando os íons do lítio passam com o eletrólito, a resistência do diafragma, a resistência na relação do elétrodo do eletrólito e a resistência do coletor (folha de alumínio, elétrodo de cobre), etc.; A resistência de polarização eletroquímica (COM REFERÊNCIA A) inclui a resistência de polarização e a resistência de polarização da concentração em processo da intercalação do íon do lítio, o de intercalação e a difusão e a transferência do íon.
A resistência interna ôhmica (R Ω) obedece a lei de ohm, e a polarização que eletroquímica a resistência interna (COM REFERÊNCIA A) não obedece a lei de ohm. Os tipos diferentes de baterias têm a resistência interna diferente. A resistência interna do mesmo tipo de bateria é igualmente diferente devido à inconsistência de características químicas internas. Além, o SOC, com referência a e assim por diante mudará com a temperatura da bateria (além, SOC, com referência a e assim por diante).
Presentemente, a medida da resistência interna da bateria inclui principalmente o método do método do teste da C.C. e do teste da C.A., que medem respectivamente a resistência interna da C.A. e a resistência interna da C.C. da bateria. Devido à resistência interna pequena da bateria, ao medir a resistência interna da C.C., a resistência interna da polarização é gerado devido à polarização da capacidade do elétrodo, assim que de seu valor verdadeiro não pode ser medido; A medida da resistência interna da C.A. pode evitar a influência da resistência interna da polarização e obter o valor interno real (principalmente resistência interna ôhmica).
Método da medida da resistência interna da descarga da C.C.: de acordo com a fórmula física R= Δ V Δ 1. O equipamento de teste permite que a bateria passe uma grande corrente constante da C.C. em um curto período de tempo (presentemente, a grande corrente de 40a-80a é usada geralmente), a medida a mudança da tensão em ambas as extremidades da bateria neste tempo, e calcula a resistência interna atual da bateria de acordo com a fórmula. Este método é controlado corretamente e a precisão pode ser controlada dentro de 0,1%, mas igualmente tem defeitos óbvios: (1) pode somente medir baterias da grande capacidade, e as baterias pequenas da capacidade não podem carregar uma corrente tão grande; (2) quando a bateria passa através de uma grande corrente, a polarização ocorre dentro da bateria, tendo por resultado a resistência interna da polarização. Consequentemente, o tempo da medida deve ser muito curto, se não o erro do valor medido da resistência interna é muito grande.
O teste de resistência interna da C.A. usa geralmente instrumentos especiais do teste, e seu princípio do método é como segue: usar as características que a bateria é equivalente a uma resistência ativa, aplica um sinal da C.A. com frequência fixa e a corrente fixada à bateria (presentemente, a frequência 1kHz e a corrente 50mA pequena são usadas geralmente), e prova então sua tensão, retifica depois que uma série de processamento tal como a filtração, a resistência interna da bateria é calculada através do circuito do amplificador operacional. O método do teste de resistência interna da C.A. tem as seguintes características: (1) pode medir quase todas as baterias, incluindo baterias pequenas da capacidade, e não causará demasiado dano à bateria próprio; (2) a precisão pode ser perturbada pela corrente da ondinha/harmônico, que exige a capacidade antiparasitária alta do circuito do instrumento de medição; (3) incapaz de medir em linha no tempo real.
5. Teste da taxa da descarga de auto da bateria do poder
A descarga de auto da bateria é sabida igualmente como a capacidade de terra arrendada da carga. Refere a capacidade guardando da eletricidade armazenada da bateria sob determinadas condições ambientais no estado do circuito aberto (ou da perda de energia química causada pela reação espontânea interna). Em linhas gerais, a descarga de auto é afetada principalmente pelo processo de manufatura da bateria, pelos materiais e pelas condições de armazenamento.
Capacidade inicial = [- após o tempo de posse do × da capacidade da descarga] × 100%
Geralmente, mais baixa a temperatura de armazenamento da bateria, mais baixa a taxa da descarga de auto. Contudo, deve-se notar que demasiado baixo ou demasiado a alta temperatura pode causar dano à bateria e o fazer inusável. Em linhas gerais, as baterias convencionais exigem uma variação da temperatura do armazenamento - de 20 ~ ℃ 45. Depois que a bateria inteiramente é carregada e colocada no circuito aberto por um período de tempo, um determinado grau de descarga de auto é um fenômeno normal. Comparado com outros tipos de baterias, a taxa da descarga de auto de bateria do lítio-íon é ainda insignificanta, e a maioria da perda da capacidade podem ser recuperadas, que é determinada pela estrutura da bateria do lítio-íon. Contudo, sob a temperatura ambiental imprópria, a taxa da descarga de auto de bateria de lítio ainda está surpreendendo, que terá um grande impacto na vida útil da bateria. Ao mesmo tempo, a inconsistência da descarga de auto da única bateria é um fatora importante que afeta a consistência do bloco da bateria. A diferença da descarga de auto é grande, e a inconsistência da bateria será refletida rapidamente em processo do uso.
6. Características da temperatura
A capacidade, a resistência interna da carga e da descarga e a tensão do circuito aberto da bateria do poder são afetadas pela temperatura.
(1) a temperatura ambiental tem uma grande influência na capacidade de bateria do fosfato do ferro do lítio. A capacidade deteriora rapidamente na baixa temperatura e aumenta rapidamente em uma determinada elevação da temperatura, mas sua taxa da mudança é menos do que aquela na baixa temperatura. Além de alguma escala, a capacidade deteriora com o aumento da temperatura.
(2) a influência da temperatura ambiental na resistência interna ôhmica e na resistência interna total da bateria é óbvia. Geralmente, mais baixa a temperatura, maior a resistência interna. A resistência interna ôhmica é mais sensível à temperatura do que a resistência interna da polarização, e a mudança da resistência interna ôhmica é mais sensível à baixa temperatura.
(3) a curva soc-ocv da bateria tem pouca diferença em temperaturas diferentes. Mais baixa a temperatura, mais baixa a curva soc-ocv. E a velocidade do desvio da curva é maior na baixa temperatura.
