Kaip įvertinti įkrovimo būseną?
SOC įvertinimas
Akumuliatoriaus įkrovos būsena (SOC) yra vienas iš svarbiausių parametrų naudojant akumuliatorių. Kadangi SOC veikia tokie veiksniai kaip įkrovimo / iškrovimo greitis (srovė), temperatūra, savaiminis iškrovimas ir senėjimas, naudojant akumuliatorius yra didelis netiesiškumas, todėl sunku tiksliai įvertinti SOC.
SOC įvertinimo metodai
Dažniausiai naudojamasSOC įvertinimo metodaiapima iškrovos eksperimento metodą, amper{0}}valandų integravimo metodą, atvirosios-grandinės įtampos metodą, apkrovos įtampos metodą, vidinės varžos metodą, neuroninio tinklo metodą ir Kalmano filtravimo metodą.
1) Iškrovos eksperimento metodas. Iškrovos eksperimento metodas yra patikimiausias SOC įvertinimo metodas. Jis naudoja pastovią srovę nuolatiniam iškrovimui, o iškrovos srovės ir laiko sandauga yra likęs įkrovimas. Iškrovos eksperimento metodas dažnai naudojamas laboratorijose ir taikomas visoms baterijoms, tačiau jis turi du reikšmingus trūkumus: pirma, jis reikalauja daug laiko; antra, akumuliatoriaus veikimas turi būti nutrauktas. Iškrovos eksperimento metodas netinka važiuojantiems elektromobiliams, tačiau jį galima naudoti elektromobilių akumuliatorių priežiūrai.
2) Amper{1}}valandžių integravimo metodas. Amper-valandžių integravimo metodas yra dažniausiai naudojamas SOC įvertinimo metodas. Tačiau šis metodas turi šias problemas: netikslussrovės matavimassukelia SOC skaičiavimo nuokrypį, o klaidos laikui bėgant kaupiasi ir tampa didesnės; reikia atsižvelgti į akumuliatoriaus įkrovimo{0}}iškrovimo efektyvumą; klaidos yra didesnės esant aukštai-temperatūrai arba kai akumuliatorius smarkiai svyruoja. Netikslus srovės matavimas gali būti išspręstas naudojant didelio našumo-srovės jutiklius, tačiau kaina didėja; norint išspręsti įkrovimo-iškrovimo efektyvumą, reikia įgyti daug eksperimentinių duomenų ir nustatyti empirines įkrovimo-iškrovimo efektyvumo formules. Amper{7}}valandžių integravimo metodas gali būti naudojamas visų elektromobilių akumuliatoriams. Jei dabartinis matavimas yra tikslus ir yra pakankamai duomenų pradinei įvertinimo būsenai, tai gali būti paprastas ir patikimas SOC įvertinimo metodas.
3) Atvirosios-grandinės įtampos metodas. Akumuliatoriaus atviros-grandinės įtampa išsikrovimo pabaigoje yra artima akumuliatoriaus elektrovaros jėgai. Kobalto -rūgšties akumuliatoriaus elektrovaros jėga priklauso nuo elektrolito koncentracijos, kuri proporcingai mažėja akumuliatoriui išsikrovus, todėl atvirosios-grandinės įtampa gali būti naudojama SOC įvertinti. Atviros-grandinės įtampos ir SOC santykio tiesiškumas MH/Ni baterijų ir ličio-jonų akumuliatorių atveju nėra toks geras kaip kobalto{10}}rūgščių baterijų, tačiau atitinkamas jų santykis vis tiek gali būti naudojamas SOC įvertinti, ypač jei įkrovimo pradžioje ir pabaigoje gaunami geresni rezultatai. Reikšmingas atviros-grandinės įtampos metodo trūkumas yra tas, kad akumuliatoriui reikia ilgai ilsėtis, kad įtampa stabilizuotųsi, o akumuliatoriaus būsenai atstatyti iki stabilumo prireikia kelių valandų ar net daugiau nei dešimt valandų, o tai sukelia tam tikrų matavimo sunkumų; Nustatyti, kiek laiko ilsėtis taip pat yra problema, todėl šis metodas, kai naudojamas vienas, tinka tik stovinčioms elektrinėms transporto priemonėms. Atvirosios-grandinės įtampos metodas turi gerą SOC įvertinimo našumą įkrovimo pradžioje ir pabaigoje ir dažnai naudojamas kartu su amper{15}}valandžių integravimo metodu.
4) Apkrovos įtampos metodas. Kai prasideda momentinis iškrovimas, įtampa greitai keičiasi iš atviros-grandinės įtampos būsenos į apkrovos įtampos būseną. Kai akumuliatoriaus apkrovos srovė išlieka pastovi, apkrovos įtampos kitimo modelis naudojant SOC yra panašus į atviros-grandinės įtampos SOC. Apkrovos įtampos metodo pranašumas yra tas, kad jis gali įvertinti akumuliatoriaus SOC realiuoju laiku ir gauti gerų rezultatų esant nuolatinei{6}}srovei. Praktikoje vairuotojo akumuliatoriaus įtampa sukelia sunkumų naudojant apkrovos įtampą. Norint išspręsti šią problemą, reikalingas matematinis akumuliatoriaus įtampos duomenų, nepriklausomos dinaminės apkrovos įtampos ir SOC modelis; todėl apkrovos įtampos metodas retai taikomas tikroms transporto priemonėms, bet dažnai naudojamas kaip akumuliatoriaus įkrovimo{9}}iškrovos ribojimo kriterijus.
5) Vidinio pasipriešinimo metodas. Vidinė akumuliatoriaus varža skirstoma į kintamosios srovės vidinę varžą ir nuolatinės srovės vidinę varžą, kurios abi yra glaudžiai susijusios su SOC (įkrovimo būsena). Akumuliatoriaus kintamosios srovės varža yra perdavimo tarp akumuliatoriaus įtampos ir srovės funkcija, sudėtingas kintamasis, parodantis akumuliatoriaus atsparumą kintamosios srovės srovei, ir matuojamas naudojant kintamosios srovės varžos matuoklį. Akumuliatoriaus kintamosios srovės varžą labai veikia temperatūra; Ar jį matuoti esant atvirai-grandinei, kai akumuliatorius nusistovėjo, ar įkraunant ir iškraunant, yra ginčytinas ir retai naudojamas tikrose transporto priemonėse. DC vidinė varža reiškia akumuliatoriaus atsparumą nuolatinei srovei, lygią akumuliatoriaus įtampos pokyčio ir srovės pokyčio per labai trumpą laiką santykiui. Faktiškai matuojant, akumuliatorius įkraunamas arba iškraunamas esant pastoviai srovei, pradedant nuo atviros-grandinės būsenos; skirtumas tarp apkrovos įtampos ir atviros{8}}grandinės įtampos per tą patį laikotarpį, padalytas iš srovės vertės, yra nuolatinės srovės vidinė varža. Švino{10}}rūgšties akumuliatorių nuolatinės srovės vidinė varža žymiai padidėja vėlesniuose iškrovimo etapuose ir gali būti naudojama akumuliatoriaus SOC įvertinti; MH/Ni baterijų ir ličio{11}}jonų baterijų nuolatinės srovės vidinės varžos pokytis skiriasi nuo švino-rūgštinių baterijų ir yra naudojamas rečiau. Nuolatinės srovės vidinės varžos dydį įtakoja skaičiavimo laikotarpis. Jei laikotarpis yra trumpesnis nei 10 ms, galima aptikti tik ominę vidinę varžą; jei laikotarpis ilgesnis, vidinė varža tampa sudėtingesnė. Tiksliai išmatuoti vieno elemento vidinę varžą sunku, o tai yra nuolatinės srovės vidinės varžos metodo trūkumas. Vidinės varžos metodas tinka akumuliatoriaus įkrovos būsenai (SOC) įvertinti vėlesniuose iškrovimo etapuose ir gali būti naudojamas kartu su amper{18}}valandžių integravimo metodu.
6)Neuroninio tinklo metodas. Akumuliatorius yra labai netiesinė sistema, todėl sunku nustatyti tikslų jos įkrovimo{2}}iškrovimo proceso matematinį modelį. Neuroniniai tinklai turi pagrindines netiesines charakteristikas, lygiagrečią struktūrą ir mokymosi galimybes. Jie gali sukurti atitinkamus išorinio sužadinimo išėjimus ir taip imituoti akumuliatoriaus dinamines charakteristikas, kad įvertintų SOC. Tipiškas 3 sluoksnių neuroninis tinklas dažniausiai naudojamas akumuliatoriaus SOC įvertinti: neuronų skaičius įvesties ir išvesties sluoksniuose nustatomas pagal faktinius problemos reikalavimus ir paprastai yra tiesinė funkcija; neuronų skaičius paslėptame sluoksnyje priklauso nuo problemos sudėtingumo ir reikalaujamo analizės tikslumo. Dažniausiai naudojami įvesties kintamieji akumuliatoriaus SOC įvertinti yra įtampa, srovė, sukaupta iškrovimo talpa, temperatūra, vidinė varža ir aplinkos temperatūra. Tai, ar neuroninio tinklo įvesties kintamųjų pasirinkimas yra tinkamas ir ar tinkamas kintamųjų skaičius, tiesiogiai veikia modelio tikslumą ir skaičiavimo apkrovą. Neuroninio tinklo metodas pritaikomas įvairioms baterijoms, tačiau jo trūkumas yra tas, kad mokymui reikia daug etaloninių duomenų, o įvertinimo paklaidai didelę įtaką daro mokymo duomenys ir mokymo metodas.
7)Kalmano filtro metodas. Kalmano filtro teorijos pagrindinė idėja yra optimaliai įvertinti dinaminės sistemos būseną minimalios dispersijos prasme. Taikant akumuliatoriaus SOC įvertinimą, baterija laikoma dinamine sistema, o SOC yra viena iš jos vidinių būsenų. Kalmano filtro metodo, skirto akumuliatoriaus SOC įvertinimui, tyrimai buvo pradėti tik pastaraisiais metais. Šis metodas tinka įvairiems akumuliatoriams ir, palyginti su kitais metodais, ypač tinka elektromobilių akumuliatorių blokų SOC įvertinimui su dideliais srovės svyravimais. Tai ne tik pateikia SOC įvertinimą, bet ir pateikia SOC įvertinimo paklaidą. Tačiau šio metodo trūkumas yra tas, kad algoritmas yra pernelyg sudėtingas ir reikalauja didelių sistemos skaičiavimo pajėgumų, todėl jis dar neįžengė į praktinę stadiją.
Atliekant{0}}išsamų įvairių SOC įvertinimo metodų tyrimą, iš pradžių buvo pasirinktas amper-valandžių integravimo metodas. Tiksliai išmatuojant akumuliatoriaus srovę, derinant su atviros-grandinės įtampos metodu ir atsižvelgiant į tokius veiksnius kaip akumuliatoriaus įkrovimo-išsikrovimo efektyvumas, temperatūra, senėjimas ir savaiminis-iškrovimas, pasiekiamas dinaminis grynai elektrinių transporto priemonių akumuliatoriaus valdymas. Vien tik elektra varomų transporto priemonių akumuliatorių paketas iš esmės veikia visiškai-įkrovus ir visiškai iškrovus{8}}, o didžioji įkrovimo proceso dalis yra nuolatinis-įkrovimas. Baigus įkrovimą, yra gana stabilus pradinės vertės nustatymo taškas (kai įkrovimas baigtas, SOC yra 100% arba šiek tiek perkrauta). Jei akumuliatoriaus įkrovimo{13}}iškrovimo efektyvumas yra labai didelis (daugiau nei 95 %), įkrovimo{15}}iškrovimo efektyvumas gali būti apytikslis 1 arba lygus tam tikrai pastoviai vertei. Naudojant šį metodą SOC apskaičiuoti galima pasiekti gana gerų rezultatų. Sukaupta kiekvieno įkrovimo{19}}iškrovimo ciklo paklaida iš esmės pašalinama, kai baigiamas kitas įkrovimas ir perkalibruojama pradinė SOC vertė.
Atliekant didelio{0}}tikslumo akumuliatoriaus įtampos, srovės ir temperatūros informacijos matavimus, siekiant užtikrinti SOC įvertinimo įvesties tikslumą; sukuriant efektyvų baterijos modelį atliekant teorinę analizę ir eksperimentinių duomenų pritaikymą; koreguojant SOC pasibaigus įkrovimui ir iškrovimui, siekiant pašalinti susikaupusias SOC klaidas; ir įvertinus akumuliatoriaus įkrovimo-iškrovimo efektyvumo veiksnius, temperatūrą, senėjimą ir savaiminio-išsikrovimo poveikį, pasiekiamas didelis-sistemos SOC tikslumas. Akumuliatoriaus būsenos-įkrovimo-apskaičiavimo algoritmas parodytas 17-12 pav.
(1) SOC pradinės vertės skaičiavimo metodasPradinė SOC vertė gaunama padauginus SOC, saugomą išjungus maitinimą-, ir SOC, gautą iš temperatūros-OCV-SOC paieškos lentelės, iš koeficiento, susijusio su sistemos neprisijungus laiku. SOC pradinę reikšmę reikia nuskaityti kiekvieną kartą, kai sistema įjungiama.
(2) Atskiros ląstelės SOC vertės apskaičiavimas ir atskiros ląstelės SOC vertės koregavimas pagal SOH vertęAkumuliatoriaus talpa gaunama ieškant lentelės pagal temperatūrą ir įkrovimo srovę, o akumuliatoriaus talpa koreguojama ieškant lentelės naudojant SOH. Srovė integruojama naudojant amper-valandos metodą, o tada padalinama iš talpos, kad būtų gauta SOC pokyčio vertė. SOC pokyčio reikšmė pridedama prie pradinės vertės, kad būtų gauta atskiros ląstelės SOC reikšmė.
(3) Akumuliatoriaus SOC skaičiavimasJei sistema vėl įjungiama, nuskaityta SOC pradinė vertė laikoma akumuliatoriaus paketo SOC; jei išsikrovimo būsena, akumuliatoriaus paketas SOC nuskaito mažiausią reikšmę tarp atskirų elementų SOC; jei įkrovimo būsena ir įkrovimas nebaigtas, akumuliatoriaus blokas SOC nuskaito didžiausią modulio SOC reikšmę; jei įkrovimo būsena ir įkrovimas baigtas, akumuliatoriaus bloko SOC nustatytas į 1.
(4)Atskirų elementų SOC korekcijos metodas įkrovimo / iškrovimo pabaigojeJei sistema įkraunama, o akumuliatoriaus SOC yra didesnis nei 0,8, sistema apibrėžiama kaip įkrovimo pabaiga; jei sistema išsikrauna, o akumuliatoriaus SOC yra mažesnis nei 0,3, sistema apibrėžiama kaip išsikrovimo pabaigoje. Jei sistema baigiasi įkrovimo / iškrovimo pabaigoje, SOC reikia pataisyti. SOC skaičiavimo metodas įkrovimo / iškrovimo pabaigoje yra gauti SOC vertę, ieškodami lentelės pagal temperatūrą, įkrovimo / iškrovimo srovę ir įtampą.
