Definitie, metings en berekeningsmethode van belangrijke parameters van machtsbatterij
één samenvatting
Dit document wordt hoofdzakelijk voorbereid om te vergemakkelijken het interne R&D-personeel van het bedrijf aan sommige belangrijke kenmerkende parameters van de batterij en zijn meting en berekeningsmethodes sneller en duidelijk begrijpen. Het omvat hoofdzakelijk Soc van de lastenstaat van machtsbatterij, van de batterijgezondheid staat SOH, interne weerstand R, enz.
Dit document verwijst hoofdzakelijk naar de nationale normen en de industrienormen van machtsbatterijen, evenals wat gebiedende informatie over Internet, en in combinatie met hun eigen het werkervaring gecompileerd.
twee Soc van batterijstaat van last en zijn schattingsmethode
2.1 definitie van Soc van batterij
Soc van de batterij wordt gebruikt om op het resterende vermogen van de batterij te wijzen, die als percentage van de huidige beschikbare capaciteit in de aanvankelijke capaciteit wordt gedefinieerd (nationale norm).
De Amerikaanse Gevorderde Batterijvereniging (usabc) bepaalt Soc als volgt in het het experimenthandboek van de elektrisch voertuigbatterij: de verhouding van de resterende batterijcapaciteit aan het nominale vermogen in dezelfde omstandigheden onder het gespecificeerde lossingstarief.
SOC=QO/QN
Honda-het elektrische voertuig (EV plus) bepaalt als volgt Soc:
Soc = overblijvende capaciteit/(van de de capaciteitsvermindering van de nominaal vermogencapaciteit de factor)
Waar overblijvende capaciteit = nominaal vermogen - netto lossing - zelflossing - temperatuurcompensatie
Het resterende vermogen van de machtsbatterij is de belangrijkste factor die de drijfwaaier beïnvloeden en prestaties van het elektrische voertuig drijven. De nauwkeurige Soc-schatting kan het energierendement van de batterij verbeteren en de levensduur van de batterij verlengen, om het betere drijven van het elektrische voertuig te verzekeren. Tegelijkertijd, is Soc ook een belangrijke basis voor acculading en lossingscontrole en batterijsaldo.
In praktische toepassing, moeten wij het schattingsalgoritme van batterijsoc volgens de meetbare die waarde van batterij, zoals voltage en stroom realiseren, met de beïnvloedende factoren van batterij interne en externe grens wordt gecombineerd (temperatuur, het leven, enz.). Nochtans, is Soc niet-lineaire toe te schrijven aan zijn interne werkomgeving en externe factoren, zodat moeten deze moeilijkheden worden overwonnen om een goed Soc-schattingsalgoritme te bereiken. Momenteel, is de schatting van batterijsoc in binnen- en buitenland gedeeltelijk gerealiseerd en etc. toegepast op techniek, zoals ampère-uurmethode, interne weerstandsmethode, de methode van het open kringsvoltage. Het gemeenschappelijke kenmerk van deze algoritmen is dat zij gemakkelijk zijn uit te voeren, maar het gebrek aan overweging van de interne en externe beïnvloedende factoren in de daadwerkelijke arbeidsvoorwaarden leidt tot slecht aanpassingsvermogen, dat moeilijk is om aan de vereisten van BMS voor de voortdurende verbetering van schattingsnauwkeurigheid te voldoen. Daarom na het van mening zijn dat Soc door vele factoren wordt beïnvloed, worden wat meer complexe algoritmen voorgesteld, zoals Kalman-filteralgoritme, neuraal netwerkalgoritme, verward schattingsalgoritme en andere nieuwe algoritmen. Vergeleken met de vorige traditionele algoritmen, hebben zij een hoop van berekening, maar hogere nauwkeurigheid. Onder hen, Kalman-heeft de filter goede prestaties in berekeningsnauwkeurigheid en aanpassingsvermogen.
twee punt twee Inleiding van verscheidene Soc-Schattingsalgoritmen
(1) ampère-uurmethode
De ampère-uurmethode, ook als huidige integratiemethode wordt bekend, is ook de basis om batterijsoc. te berekenen Veronderstellend dat de aanvankelijke Soc-waarde van de huidige batterij soc0 is, na of t-Tijd laden die lossen, is Soc dat:
Q0 is het nominale vermogen van de batterij, en I (t) is de acculading en lossingsstroom (de lossing is positief).
In feite, wordt Soc gedefinieerd als staat van last van de batterij, en de staat van last van de batterij is de integraal van de batterijstroom, zodat in theorie, is de ampère-uurmethode het nauwkeurigst. Tegelijkertijd, is het ook gemakkelijk te realiseren. Het moet slechts de batterij meten die en stroom en tijd laden lossen. In praktische techniektoepassing, is de afzonderlijke berekeningsformule als volgt:
In het werkelijke hoeveelheid werk van de batterij, wordt de ampère-uurmethode gebruikt om Soc. te berekenen. De van het metingsfout en lawaai interferentiefactoren zullen de meetresultaten beïnvloeden, zodat kan Soc niet (de factoren zoals zelflossing en temperatuur worden niet overwogen) correct worden geschat. Tegelijkertijd, kan de aanvankelijke Soc-waarde van de batterij niet door de ampère-uurmethode worden verkregen. Gewoonlijk die, gebruikt de ampère-uurmethode de Soc-waarde door de laatste acculading en de lossing als aanvankelijke waarde voor de volgende berekening wordt behouden, maar dit zal de Soc-fout maken onophoudelijk accumuleren. Daarom in praktische techniek, wordt de ampère-uurmethode over het algemeen gebruikt als basis van andere algoritmen of met andere algoritmen voor schatting gecombineerd.
(2) de methode van het open kringsvoltage
Er is een bepaald functioneel verband tussen de elektromotorische kracht van lithium-ionenbatterij en Soc van batterij. Daarom kan de Soc-waarde van batterij worden verkregen door het open kringsvoltage te meten. om de nauwkeurige waarde van batterij elektromotorische kracht door de methode van het open kringsvoltage te verkrijgen, eerst, moet de batterij een periode betekenen. Op dit ogenblik, kan de waarde van open kringsvoltage (OCV) worden beschouwd als aan zijn elektromotorische krachtwaarde gelijk. Op deze wijze, kan de batterij elektromotorische kracht worden verkregen en Soc van de batterij kan worden verkregen. De kromme Soc -Soc-ocv van lithiumacculading en lossing wordt verkregen door experimenten, en dan worden de Soc-waarden van verschillende open kringsvoltages gevraagd volgens de kromme Soc -Soc-ocv.
De methode van het open kringsvoltage vereist de batterij een periode nog betekenen die de fout te elimineren door externe factoren wordt veroorzaakt, die is niet geschikt voor de meting in real time van batterijsoc. Bovendien is de verandering van open kringsvoltage van batterijsoc in de middensectie zeer klein, resulterend in grote meting en schattingsfout van middensoc.
(3) Kalman-filtermethode
De methode van de Kalmanfilter maakt gebruik van de kennis van systeem en metingsdynamica, van de statistische kenmerken van veronderstelde systeemlawaai en metingsfout, en van de informatie van aanvankelijke voorwaarden om de gemeten waarden te verwerken en de minimumfoutenschatting van systeemstaat te verkrijgen. Het batterijpak voor elektrisch voertuig kan als dynamisch die systeem worden beschouwd uit input en output wordt samengesteld. Op het gebouw van het begrip van wat vroegere kennis van het systeem, wordt de de parametervergelijking van de staat van het systeem gevestigd, en toen wordt de interne parameterschatting van het systeem, met inbegrip van de staat van last, die niet kan direct worden gemeten, verkregen door de controlefunctie van de output te gebruiken. Gebaseerd op het model of elektrochemische model van de batterij gelijkwaardige kring, worden de vergelijking van de staat en de metingsvergelijking van het systeem gevestigd. Volgens de gegevens van de lossingstest van batterijpak, wordt het open kringsvoltage van batterijpak geschat door Kalman filteralgoritme om de schatting van batterijstaat van last te realiseren. Zijn voordeel is dat de minimumverschilschatting van Soc door recursieve methode volgens het verzamelde voltage kan worden verkregen en huidig, om de problemen van onnauwkeurige schatting van de aanvankelijke waarde van Soc en cumulatieve fout op te lossen; Het nadeel is dat het hoogst afhankelijk van het batterijmodel is en hoge snelheid van de systeembewerker vereist.
3. Definitie en berekening van de staat van de batterijgezondheid (soh)
3.1 definitie van de staat SOH van de batterijgezondheid
De standaarddiedefinitie van batterij SOH is de verhouding van de capaciteit door de machtsbatterij van de volledige staat aan het afgesneden voltage aan een bepaald tarief in de standaardomstandigheden aan zijn overeenkomstige nominale capaciteit wordt vrijgegeven (daadwerkelijke aanvankelijke capaciteit). Deze verhouding is een weerspiegeling van de gezondheidsstatus van de batterij.
In het kort, wordt de verhouding tussen de werkelijke waarde en de nominale waarde van sommige direct meetbare of onrechtstreeks berekende prestatiesparameters na de batterij gebruikt voor een periode, die wordt gebruikt om de staat na de daling van batterijgezondheid te beoordelen en de gezondheidsgraad van de batterij te meten. Zijn daadwerkelijke prestaties zijn de verandering van sommige parameters binnen de batterij (zoals interne weerstand, capaciteit, enz.). Daarom zijn er verscheidene methodes om de staat SOH van de batterijgezondheid volgens batterij kenmerkende hoeveelheid te bepalen:
(1) bepaal SOH vanuit het perspectief van het blijven batterijcapaciteit:
SOH=Qaged/Qnew
Waar is het maximum beschikbare vermogen van de batterij qaged en qnew de maximummacht is wanneer de batterij niet in gebruik is.
(2) bepaal SOH vanuit het perspectief van batterijcapaciteit:
SOH=CM/CN
Waar cm is is de huidige gemeten capaciteit van de batterij en cn de nominale capaciteit van de batterij.
(3) bepaal SOH vanuit het perspectief van batterij interne weerstand:
SOH= (reol-r)/(REOL-Rnew)
Onder hen, is reol de interne weerstand van de batterij aan het eind van zijn levensduur, is RNew de interne weerstand van de batterij wanneer het de fabriek verlaat, en R is de interne weerstand van de batterij in zijn huidige staat.
Nota: de bovengenoemde formule om SOH van de resterende batterijcapaciteit of batterijcapaciteit te bepalen is niet de daadwerkelijke berekeningsformule van SOH, maar een definitiemethode, d.w.z., deze definitiemethode heeft een unieke overeenkomstige functie om aan daadwerkelijke SOH te beantwoorden. Bijvoorbeeld, gebaseerd op de capaciteit van enige batterij, kan SOH eigenlijk door de volgende formule worden berekend:
SOH= (CM-CEOL)/(CN-CEOL)
Waar ceol de capaciteit aan het eind van levensduur batterij is (het afdanken), die een constante is. De berekeningsformule van SOH is hierboven eigenlijk gelijkwaardig aan de definitie in (2). Het volgende is een eenvoudige afleiding:
Laat SOH = cm/CN = x in de definitie, SOH = (cm-ceol)/(cn-ceol) = y in de berekeningsformule, veronderstellend ceol = PCN, dan y = (xcn-pcn)/(CN - PCN) = (XP)/(1-p), d.w.z., is y een functie (lineaire verhouding) over X, waar p een constante is.
3.2 verscheidene gemeenschappelijke SOH-schattingsmethodes
(1) volledige lossingsmethode
De volledige lossingstest vereist een volledige lossingscyclus van de batterij, en dan wordt de lossingscapaciteit getest en met de nominale capaciteit van de nieuwe batterij vergeleken. Deze methode wordt momenteel gezien als de betrouwbaarste methode, maar zijn nadelen zijn ook duidelijk. Het vereist off-line batterijtest en lange testtijd. Na de test, moet de batterij aanvulling.
(2) interne weerstandsmethode
SOH-de schatting wordt uitgevoerd door het verband tussen interne weerstand en SOH te vestigen. Een groot aantal studies aantoont dat er een bepaald overeenkomstig verband tussen batterij interne weerstand en SOH is. Met de verhoging van de tijd van de batterijdienst, zal de interne weerstand van de batterij stijgen, en het beschikbare vermogen van de batterij zal tegelijkertijd verminderen. SOH-de schatting wordt uitgevoerd door dit punt.
Deze methode heeft ook nadelen: een groot aantal studies heeft aangetoond dat de ohmic interne weerstand van de batterij beduidend wanneer de batterijcapaciteit vermindert aan originele 70% - 80% zal veranderen, die van algemene 80% vrij verschillend kan zijn. Tegelijkertijd, is de interne weerstand van de batterij een milliohmwaarde, en zijn online nauwkeurige meting is ook een moeilijkheid.
(3) elektrochemische impedantiemethode
Dit is een complexere methode. Door veelvoudige sinusoïdale signalen met verschillende frequenties toe te passen op de batterij, en dan de verzamelde gegevens volgens de verwarde theorie te analyseren, kunnen wij de kenmerken van de batterij verkrijgen en de prestaties van de huidige batterij voorspellen. Het gebruiken van deze methode vereist heel wat impedantie en impedantiespectrum verwante theorieën, en duur materiaal, zodat wordt het niet voorlopig geadviseerd.
4. Batterij interne weerstand R
De interne weerstand van de batterij is zeer klein. Wij bepalen het gewoonlijk in milliohm (m Ω). De interne weerstand is een belangrijke technische index om batterijprestaties te meten. In normale omstandigheden, heeft de batterij met kleine interne weerstand sterke hoge huidige lossingscapaciteit, en de batterij met grote interne weerstand heeft zwakke lossingscapaciteit.
De interne weerstand van de batterij omvat ohmic interne weerstand (R Ω) en elektrochemische polarisatie interne weerstand (AANGAANDE). Voor lithium-ionenbatterijen die, omvat de ohmic interne weerstand (R Ω) van de batterij hoofdzakelijk de weerstand door de weerstand wordt gevormd wanneer de lithiumionen door de elektrolyt, de diafragmaweerstand, de weerstand bij de interface van de elektrolytelektrode en de weerstand van de collector overgaan (koperaluminiumfolie, elektrode), enz. De elektrochemische polarisatieweerstand (AANGAANDE) omvat polarisatieweerstand en de weerstand van de concentratiepolarisatie tijdens lithium ioneninlassing, DE intercalation en ionenverspreiding en overdracht.
Ohmic interne weerstand (R Ω) voert de wet van het Ohm uit, en de elektrochemische polarisatie interne weerstand (AANGAANDE) voert de wet van het Ohm niet uit. De verschillende types van batterijen hebben verschillende interne weerstand. De interne weerstand van hetzelfde type van batterij is ook verschillende toe te schrijven aan de inconsistentie van interne chemische kenmerken. Bovendien zal Soc, aangaande etc. met de temperatuur van de batterij veranderen (daarnaast, Soc, aangaande etc.).
Momenteel, omvat de meting van batterij interne weerstand gelijkstroom-hoofdzakelijk testmethode en AC testmethode, die respectievelijk de AC interne weerstand en de interne weerstand van gelijkstroom van de batterij meten. wegens de kleine interne weerstand van de batterij, wanneer het meten van de interne weerstand van gelijkstroom, wordt de polarisatie interne weerstand geproduceerd wegens de polarisatie van elektrodencapaciteit, zodat kan zijn ware waarde niet worden gemeten; De meting van AC interne weerstand kan de invloed van polarisatie interne weerstand vermijden en de echte interne waarde (hoofdzakelijk ohmic interne weerstand) verkrijgen.
Gelijkstroom-meetmethode van de lossings de interne weerstand: volgens fysieke formule R= Δ V Δ 1. Het testmateriaal staat de batterij toe om een grote constante gelijkstroom-stroom in een korte tijd (momenteel, wordt de grote stroom van 40a-80a over het algemeen gebruikt) over te gaan, de voltageverandering te meten op beide einden van de batterij op dit ogenblik, en de huidige interne weerstand van de batterij volgens de formule te berekenen. Deze methode wordt behoorlijk gecontroleerd en de nauwkeurigheid kan binnen 0,1% worden gecontroleerd, maar het heeft ook duidelijke tekortkomingen: (1) het kan grote capaciteitsbatterijen slechts meten, en de kleine capaciteitsbatterijen kunnen niet zulk een grote stroom laden; (2) wanneer de batterij door een grote stroom overgaat, komt de polarisatie binnen de batterij voor, resulterend in polarisatie interne weerstand. Daarom moet de metingstijd zeer kort zijn, anders is de fout van de gemeten interne weerstandswaarde zeer groot.
AC de interne weerstandstest gebruikt over het algemeen speciale testinstrumenten, en zijn methodeprincipe is als volgt: het gebruiken van de kenmerken dat de batterij aan een actieve weerstand gelijkwaardig is, past een AC signaal met vaste frequentie en vaste stroom op de batterij (momenteel, 1kHz-worden de frequentie en de kleine stroom van 50mA over het algemeen gebruikt) toe, en toen rectificeert de steekproef zijn voltage, na een reeks van verwerking zoals het filtreren, wordt de interne weerstand van de batterij berekend door de operationele versterkerkring. AC de interne weerstandstestmethode heeft de volgende kenmerken: (1) het kan bijna alle batterijen, met inbegrip van kleine capaciteitsbatterijen meten, en zal teveel schade aan de batterij zelf niet veroorzaken; (2) de nauwkeurigheid kan door rimpeling/harmonische stroom worden gestoord, die hoge anti-interference capaciteit van meetinstrumentkring vereist; (3) onbekwaam om online in realtime te meten.
5. De zelftest van het lossingstarief van machtsbatterij
De zelflossing van de batterij is ook genoemd geworden capaciteit van de lastenholding. Het verwijst naar de holdingscapaciteit van de opgeslagen elektriciteit van de batterij in bepaalde milieuomstandigheden in de open kringsstaat (of het verlies van chemische die energie door interne instinctieve reactie wordt veroorzaakt). In het algemeen, wordt de zelflossing hoofdzakelijk beïnvloed door batterij productieproces, materialen en opslagvoorwaarden.
Aanvankelijke capaciteit = [- na de Greeptijd van de lossingscapaciteit ×] × 100%
Over het algemeen, lager de opslagtemperatuur van de batterij, lager het zelflossingstarief. Nochtans, zou men moeten opmerken dat te laag of te op hoge temperatuur schade aan de batterij kan veroorzaken en het onbruikbaar maken. In het algemeen, vereisen de conventionele batterijen een waaier van de opslagtemperatuur van - 20 ~ 45 ℃. Nadat de batterij volledig wordt geladen en in open kring voor een periode geplaatst, is een bepaalde graad van zelflossing een normaal fenomeen. Vergeleken met andere types van batterijen, is het zelflossingstarief van lithium-ionenbatterij nog onbelangrijk, en het grootste deel van het capaciteitsverlies kunnen worden teruggekregen, dat door de structuur van lithium-ionenbatterij wordt bepaald. Nochtans, onder ongepaste omgevingstemperatuur, is het zelflossingstarief van lithiumbatterij nog verbazend, wat een grote invloed op de levensduur van de batterij zal hebben. Tegelijkertijd, is de inconsistentie van zelflossing van enige batterij een belangrijke factor die de consistentie van batterijpak beïnvloeden. Het verschil van zelflossing is groot, en de inconsistentie van batterij zal snel tijdens gebruik worden weerspiegeld.
6. Temperatuurkenmerken
De capaciteit, de interne weerstand van last en lossing en het open kringsvoltage van machtsbatterij worden beïnvloed door temperatuur.
(1) de omgevingstemperatuur heeft een grote invloed op de capaciteit van het fosfaatbatterij van het lithiumijzer. De capaciteit rot snel bij lage temperatuur en verhogingen snel bij een bepaalde temperatuurstijging, maar zijn veranderingstarief is minder dan dat bij lage temperatuur. Voorbij een bepaalde waaier, rot de capaciteit met de verhoging van temperatuur.
(2) de invloed van omgevingstemperatuur bij de ohmic interne weerstand en de totale interne weerstand van de batterij is duidelijk. Over het algemeen, lager de temperatuur, groter de interne weerstand. De ohmic interne weerstand is gevoeliger voor temperatuur dan de polarisatie interne weerstand, en de verandering van ohmic interne weerstand is gevoeliger voor lage temperatuur.
(3) de kromme Soc -Soc-ocv van de batterij heeft weinig verschil bij verschillende temperaturen. Lager de temperatuur, lager de kromme Soc -Soc-ocv. En de afwijkingssnelheid van de kromme is groter bij lage temperatuur.
