Определение, измерение и метод вычисления важных параметров батареи силы
одна сводка
Этот документ главным образом подготовлен для того чтобы облегчить внутренний персонал НИОКР компании к более быстро и ясно понять некоторые важные характерные параметры батареи и своих методов измерения и вычисления. Он главным образом включает государство SOC обязанности государства SOH батареи силы, здоровья батареи, внутреннего сопротивления r, etc.
Этот документ главным образом ссылается на национальные стандарты и индустриальные стандарты батарей силы, так же, как некоторую информацию из авторитетных источников в Интернете, и составлен в комбинации с их собственным опытом работы.
2 SOC государства батареи обязанности и своего метода оценки
определение 2,1 SOC батареи
SOC батареи использован для того чтобы отразить остальную силу батареи, которая определена как процент настоящей наличной мощности в начальной емкости (национальном стандарте).
Американская предварительная ассоциация батареи (usabc) определяет SOC в руководстве эксперименту по батареи электротранспорта следующим образом: коэффициент остальной емкости батареи к расклассифицированной емкости в тех же условиях под определенным тарифом разрядки.
SOC=QO/QN
Электротранспорт Honda (EV плюс) определяет SOC следующим образом:
SOC = остаточная емкость/(расклассифицированный коэффициент затухания емкости емкости емкости)
Где остаточная емкость = расклассифицированная емкость - чистая разрядка - саморазряжение - компенсация влияния температуры
Остальная сила батареи силы основной фактор влияя на тренировочную площадку и управляя представлением электротранспорта. Точная оценка SOC может улучшить выход по энергии батареи и увеличить срок службы батареи, для обеспечения лучший управлять электротранспорта. В то же время, SOC также важная основа для управления обязанности и разрядки батареи и баланса батареи.
В практическом применении, нам нужно осуществить алгоритм оценивания батареи SOC согласно измеримой величине батареи, как напряжение тока и настоящий, совмещенный с влияя на факторами батареи внутренними и внешней границей (температурой, жизнью, etc.). Однако, SOC нелинейные должные к своим внутренним рабочей Среде и внешним факторам, поэтому эти проблемы необходимо преодолевать для того чтобы достигнуть хорошего алгоритма оценивания SOC. В настоящее время, оценка батареи SOC в стране и за рубежом частично была осуществлена и была приложена к проектировать, как метод ампера-час, метод внутреннего сопротивления, метод напряжения тока открытой цепи и так далее. Общая черта этих алгоритмов что они легки для того чтобы снабдить, но недостаток рассмотрения внутренних и внешних влияя на факторов в фактических условиях труда водит к плохой приспособляемостьи, которая трудна для того чтобы соотвествовать BMS для непрерывного улучшения точности оценки. Поэтому, после того как в виду того, что SOC повлияно на много факторов, еще некоторые сложных алгоритмов предложены, как алгоритм фильтра Kalman, нервный алгоритм решения задач сетевого планирования, расплывчатый алгоритм оценивания и другие новые алгоритмы. Сравненный с предыдущими традиционными алгоритмами, они имеют большое количество вычисления, но более высокой точность. Среди их, фильтр Kalman имеет хорошую работу в точности и приспособляемостьи вычисления.
2 введение пункта 2 нескольких алгоритмов оценивания SOC
(1) метод ампера-час
Метод ампера-час, также известный как настоящий метод интеграции, также основа для высчитывать SOC. батареи высказывая предположение о том, что начальное значение SOC настоящей батареи soc0, после T-времени поручая или discharging, SOC является следующим:
Q0 расклассифицированная емкость батареи, и я (t) обязанность батареи и разряд тока (разрядка положительна).
На самом деле, SOC определен как государство обязанности батареи, и государство обязанности батареи интеграл течения батареи, поэтому в теории, метод ампера-час самые точные. В то же время, также легко осуществить. Для этого только нужно измерить зарядку аккумулятора и и время разряда тока. В практически проектируя применении, дискретная формула вычисления следующим образом:
В фактической работе батареи, метод ампера-час использован для того чтобы высчитать SOC. Факторы взаимодействия ошибки и шума измерения повлияют на результаты измерения, поэтому SOC нельзя оценить правильно (не рассмотрены факторы как саморазряжение и температура). В то же время, начальное значение SOC батареи не может быть получено методом ампера-час. Обычно, метод ампера-час использует значение SOC сохраненное последними обязанностью и разрядкой батареи как исходная величина для следующего вычисления, но это сделает ошибку SOC аккумулировать непрерывно. Поэтому, в практически инженерстве, метод ампера-час вообще использован за основа других алгоритмов или совмещен с другими алгоритмами для оценки.
(2) метод напряжения тока открытой цепи
Некоторое функциональное отношение между электродвигательной силой литий-ионного аккумулятора и SOC батареи. Поэтому, значение SOC батареи может быть получено путем измерять напряжение тока открытой цепи. Получила точное значение электродвигательной силы батареи через метод напряжения тока открытой цепи, во-первых, батарее нужно стоять, что на период времени. В это время, значение напряжения тока открытой цепи (OCV) можно рассматривать, что было равно к своему значению электродвигательной силы. Таким образом, электродвигательную силу батареи можно получить и SOC батареи можно получить. Получена кривая soc-ocv обязанности и разрядки батареи лития через эксперименты, и после этого значения SOC различных напряжений тока открытой цепи запрошены согласно кривой soc-ocv.
Метод напряжения тока открытой цепи требует, что батарея стоят, что все еще на период времени исключил ошибку причиненную внешними факторами, которая не соответствующая для измерения в реальном времени SOC. батареи. К тому же, изменение напряжения тока открытой цепи батареи SOC в средней секции очень небольшое, приводящ в больших измерении и ошибке оценивания среднего SOC.
(3) метод фильтра Kalman
Метод фильтра Kalman использует знание динамики системы и измерения, статистически характеристики принятых шума системы и ошибки измерения, и информацию начальных условий для обработки измеренных значений и для того чтобы получить минимальную оценку ошибки состояния системы. Блок батарей для электротранспорта можно сосчитать как динамическая система составленная входа и выхода. На предпосылке понимать некоторое прежнее знание системы, установлено уравнение параметра состояния системы, и после этого внутренняя оценка параметра системы, включая государство обязанности, которое нельзя измерить сразу, получена путем использование функции проверки выхода. Основанный на модели схемы эквивалентности батареи модельной или электрохимической, установлены уравнение государства и уравнение измерения системы. Согласно данным по пробы на разрядку блока батарей, оценены, что алгоритмом фильтра Kalman осуществляет напряжение тока открытой цепи блока батарей оценку государства батареи обязанности. Свое преимущество что оценка минимального отклонения SOC может быть получена рекурсивным методом согласно собранному напряжению тока и настоящий, разрешить проблемы неточной оценки исходной величины SOC и кумулятивной ошибки; Недостаток что он зависит сильно на модели батареи и требует быстрого хода процессора системы.
3. Определение и вычисление государства здоровья батареи (soh)
определение 3,1 государства SOH здоровья батареи
Стандартное определение батареи SOH коэффициент емкости выпущенной батареей силы от полного государства к предельному напряжению заряда с определенной скоростью под стандартными условиями к своей соответствуя номинальной емкости (фактической начальной емкости). Этот коэффициент отражение состояния здоровья батареи.
Вкратце, коэффициент между натуральной величиной и номинальной стоимостью некоторых рабочих параметров сразу измеряемого или косвенно расчетных характеристик после того как батарея использована на период времени, который использован для того чтобы судить государство после спада здоровья батареи и измерять степень здоровья батареи. Свой действительный экономический показатель изменение некоторых параметров внутри батареи (как внутреннее сопротивление, емкость, etc.). Поэтому, несколько методов для определения государства SOH здоровья батареи согласно количеству батареи характерному:
(1) определяет SOH от перспективы оставаясь емкости батареи:
SOH=Qaged/Qnew
Где qaged максимальная действительная мощность батареи и qnew максимальная сила когда батарея нет в пользе.
(2) определяет SOH от перспективы емкости батареи:
SOH=CM/CN
Где см настоящая измеренная емкость батареи и cn номинальная емкость батареи.
(3) определяет SOH от перспективы внутреннего сопротивления батареи:
SOH=) (REOL-R/(REOL-Rnew)
Среди их, reol внутреннее сопротивление батареи в конце своего срока службы, RNew внутреннее сопротивление батареи когда оно выходит фабрика, и r внутреннее сопротивление батареи в своем настоящем положении дел.
Примечание: вышеуказанная формула для определения SOH от остальной емкости батареи или емкости батареи нет фактической формулы вычисления SOH, но метод определения, т.е., этот метод определения имеет уникальную соответствуя функцию, который нужно соответствовать фактическому SOH. Например, основанный на емкости одиночной батареи, SOH может фактически быть высчитано следующей формулой:
SOH=) (CM-CEOL/(CN-CEOL)
Где ceol емкость в конце времени работы от батарей (сдавать в утиль), которое константа. Формула вычисления SOH выше фактически соответствующая к определению в (2). Последователи простой вывод:
Я позволен SOH = см/CN = x в определение, SOH = (см-ceol)/(cn-ceol) = y в вычисление формула, принимающ ceol = PCN, тогда y = (xcn-pcn)/(CN - PCN) =) (X-P/(1-p), т.е., y функция (линейное отношение) около x, где p константа.
3,2 несколько общие методы оценки SOH
(1) полный метод разрядки
Полная проба на разрядку требует полного цикла разрядки батареи, и после этого разряжающая способность испытана и сравнена с номинальной емкостью новой батареи. Этот метод как самый надежный метод в настоящее время, но свои недостатки также очевидны. Он требует оффлайнового теста батареи и длинного времени теста. После теста, батарее нужно быть перезаряженным.
(2) метод внутреннего сопротивления
Оценка SOH унесена путем устанавливать отношение между внутренним сопротивлением и SOH. Большое количество исследований показывают что некоторое соответствуя отношение между внутренним сопротивлением батареи и SOH. С увеличением продолжительности эксплуатации батареи, внутреннее сопротивление батареи увеличит, и действительная мощность батареи уменьшит в то же время. Оценка SOH унесена через этот пункт.
Этот метод также имеет недостатки: большое количество исследований показывали что омовское внутреннее сопротивление батареи изменит значительно когда уменшения емкости батареи до первоначальные 70% - 80%, которое могут отличить довольно общее 80%. В то же время, внутреннее сопротивление батареи значение миллиома, и свое онлайн точное измерение также затруднение.
(3) электрохимический метод сопротивлений
Это более сложный метод. Путем приложение множественных синусоидальных сигналов с различными частотами к батарее, и после этого анализировать собранные данные согласно расплывчатой теории, мы можем получить характеристики батареи и предсказать представление настоящей батареи. Используя этот метод требует много импеданса и спектр импеданса связал теории, и дорогое оборудование, поэтому не порекомендовано в настоящее время.
4. Внутреннее сопротивление r батареи
Внутреннее сопротивление батареи очень небольшое. Мы обычно определяем его в миллиоме (m Ω). Внутреннее сопротивление важный технический индекс для того чтобы измерить представление батареи. В нормальных условиях, батарея с небольшим внутренним сопротивлением имеет сильную сильнотоковую разряжающую способность, и батарея с большим внутренним сопротивлением имеет слабую разряжающую способность.
Внутреннее сопротивление батареи включает омовское внутреннее сопротивление (r Ω) и электрохимическое внутреннее сопротивление поляризации (RE). Для литий-ионных аккумуляторов, омовское внутреннее сопротивление (r Ω) батареи главным образом включает сопротивление сформированное сопротивлением когда ионы лития пройдут через электролит, сопротивление диафрагмы, сопротивление на интерфейсе электрода электролита и сопротивление сборника (медных алюминиевой фольги, электрода), etc; Электрохимическое сопротивление поляризации (RE) включает сопротивление поляризации и сопротивление поляризации концентрации в процессе интеркалирования иона лития, de интеркалирования и диффузии и передачи иона.
Омовское внутреннее сопротивление (r Ω) повинуется закону ома, и электрохимическому внутреннему сопротивлению поляризации (RE) не повинуется закону ома. Разные виды батарей имеют различное внутреннее сопротивление. Внутреннее сопротивление такого же типа батареи также различные должные к сбивчивости внутренних химических характеристик. К тому же, SOC, re и так далее изменит с температурой батареи (к тому же, SOC, re и так далее).
В настоящее время, измерение внутреннего сопротивления батареи главным образом включает метод метода теста DC и теста AC, который соответственно измеряет внутреннее сопротивление AC и внутреннее сопротивление DC батареи. Должный к небольшому внутреннему сопротивлению батареи, измеряя внутреннее сопротивление DC, внутреннее сопротивление поляризации произведенные должные к поляризации емкости электрода, поэтому своей истинной стоимости не смогите быть измерено; Измерение внутреннего сопротивления AC может избежать влияния внутреннего сопротивления поляризации и получить реального внутреннего значения (главным образом омовского внутреннего сопротивления).
Метод измерения внутреннего сопротивления разрядки DC: согласно физической формуле R= Δ v Δ 1. Испытательное оборудование позволяет батарее пройти большое постоянн течение DC в короткий срок (в настоящее время, большое течение 40a-80a вообще использовано), измерение изменение напряжения тока на оба концы батареи в это время, и высчитывает настоящее внутреннее сопротивление батареи согласно формуле. Этот метод как следует проконтролирован и точность можно контролировать не позднее 0,1%, но она также имеет очевидные недостатки: (1) она может только измерить батареи большой емкости, и небольшие батареи емкости не могут нагрузить такое большое течение; (2) когда батарея проходит через большое течение, поляризация происходит внутри батареи, приводящ во внутреннем сопротивлении поляризации. Поэтому, время измерения должно быть очень краткостью, в противном случае ошибка измеренного значения внутреннего сопротивления очень большая.
Тест внутреннего сопротивления AC особенные аппаратуры теста, и свой принцип метода следующим образом: используя характеристики что батарея соответствующая к активному сопротивлению, приложите сигнал AC с фиксированной частотой и фиксированное течение к батарее (в настоящее время, частота 1kHz и небольшое течение 50mA вообще использованы), и после этого попробуйте свое напряжение тока, выпрямите после серии обработки как фильтровать, внутреннее сопротивление батареи высчитывает через рабочую схему усилителя. Метод теста внутреннего сопротивления AC имеет следующие характеристики: (1) он может измерить почти все батареи, включая небольшие батареи емкости, и не причинит слишком много повреждения самого к батарее; (2) точность может быть нарушена пульсацией/гармоническим током, который требует высокой противоинтерференционной способности цепи измеряя аппаратуры; (3) неспособный для того чтобы измерить онлайн в реальное временя.
5. Тест тарифа саморазряжения батареи силы
Саморазряжение батареи также как вместимость обязанности. Оно ссылается на вместимость, который хранят электричества батареи под некоторыми условиями окружающей среды в государстве открытой цепи (или потере химической энергии причиненной внутренней самопроизвольно реакцией). Вообще говоря, саморазряжение главным образом повлияно на процессом производства батареи, материалами и условиями хранения.
Начальная емкость = [- после времени задержки × разряжающей способности] × 100%
Вообще, низкий температура хранения батареи, низкий тариф саморазряжения. Однако, он должен быть замечен что слишком низкий или тоже высокая температура может причинить повреждение к батарее и сделать ее неиспользованным. Вообще говоря, обычные батареи требуют диапазона температур хранения - 20 | ℃ 45. После того как батарея полно поручена и помещена в открытой цепи на период времени, некоторая степень саморазряжения нормальное явление. Сравненный с другими типами батарей, тариф саморазряжения литий-ионного аккумулятора все еще незначительн, и большую часть из потери емкости можно взять, которая определена структурой литий-ионного аккумулятора. Однако, под неуместной температурой окружающей среды, тариф саморазряжения батареи лития все еще изумляет, который будет иметь больший удар по сроку службы батареи. В то же время, сбивчивость саморазряжения одиночной батареи важный фактор влияя на последовательность блока батарей. Разница саморазряжения большая, и сбивчивость батареи будет отражена быстро в процессе пользы.
6. Температурные характеристики
Емкость, внутреннее сопротивление обязанности и разрядки и напряжение тока открытой цепи батареи силы повлияны на температурой.
(1) температура окружающей среды имеет большее влияние на емкости батареи фосфорнокислого железа лития. Емкость распадается быстро на низкой температуре и увеличивается быстро на некотором повышении температуры, но свой тариф изменения чем это на низкой температуре. За некоторым рядом, емкость распадается с увеличением температуры.
(2) влияние температуры окружающей среды на омовском внутреннем сопротивлении и полном внутреннем сопротивлении батареи очевидно. Вообще, низкий температура, большой внутреннее сопротивление. Омовское внутреннее сопротивление более чувствительно к температуре чем внутреннее сопротивление поляризации, и изменение омовского внутреннего сопротивления более чувствительно к низкой температуре.
(3) кривая soc-ocv батареи имеет меньшую разницу на различных температурах. Низкий температура, низкий кривая soc-ocv. И скорость отступления кривой больше на низкой температуре.
