It-Teknoloġija tal-BMS tat-Tagħlim Profond Tneħħi Għoli Ġodda fil-Prestazzjoni tal-batterija tal-jone tal-litju

Astratt

Is-Sistema ta 'Ġestjoni tal-Batterija (BMS) hija kruċjali biex tifhem il-prestazzjoni tal-batterija f'kundizzjonijiet estremi, bħall-ittestjar b'rata għolja. Dan l-istudju jipproponi BMS ġdid għal monitoraġġ kontinwu, trasmissjoni, u ħażna ta 'parametri ewlenin bħall-vultaġġ, il-kurrent, u t-temperatura ta' pakketti ta 'batteriji tal-jone tal-litju NCA {{0}}S waqt ttestjar b'rata għolja. Dan il-BMS jgħaqqad it-teknoloġija ta 'tagħlim fil-fond biex ibassar l-istatus tas-saħħa tal-batterija (imkejjel bil-kapaċità ta' skarigu) billi jimmonitorja l-parametri esterni tal-batterija. Twettqu żewġ esperimenti: esperiment statiku biex tivverifika l-funzjoni tal-BMS, u esperiment tal-kundizzjoni tax-xogħol attwali (test ta 'abbuż ta' ingrandiment għoli b'vibrazzjoni fuq vetturi ta 'propulsjoni elettrika) biex tevalwa l-prestazzjoni attwali tagħha. Ir-riżultati wrew li l-ogħla temperatura tal-wiċċ tal-batterija matul il-kundizzjonijiet attwali tat-titjira laħqet 55 grad C, li kien ogħla mit-test statiku; L-algoritmu tal-istima tal-kapaċità ta 'tagħlim fil-fond skopra devjazzjoni medja tal-kapaċità ta' 0.04 Ah, li wera status ta 'saħħa preċiż billi tbassar il-kapaċità tal-batterija. Dan il-BMS juri kapaċitajiet effettivi ta' ġbir ta' data u tbassir, li jirriflettu s-sitwazzjoni attwali fl-ittestjar tal-abbuż.

1. Introduzzjoni

L-importanza tal-batteriji tal-jone tal-litju (LIBs) u t-teknoloġiji relatati tagħhom:LIBs huma kruċjali fil-qasam teknoloġiku attwali u użati ħafna f'vetturi elettriċi, drones, u apparat elettroniku portabbli. Meta mqabbla mat-teknoloġija tradizzjonali tal-batteriji, LIBs għandhom vantaġġi bħal densità għolja ta 'enerġija u ċiklu ta' ħajja twila, iżda l-applikazzjoni mifruxa tagħhom ġġib ukoll sfidi ta 'tixjiħ tal-batterija. Għalhekk, l-Istat tas-Saħħa (SOH) huwa parametru importanti għall-kejl tat-tixjiħ tal-batterija. L-istima preċiża tas-SOH tiffaċċja ħafna sfidi, u s-sistemi ta 'ġestjoni tal-batteriji (BMSs) huma kruċjali għall-monitoraġġ preċiż tal-parametri tal-batterija.

Disinn u indikaturi relatati tal-BMS:Id-disinn tal-BMS ġeneralment ikun relatat ma 'applikazzjonijiet speċifiċi, u minbarra SOH, State of Charge (SOC) u Remaining Useful Life (RUL) huma wkoll indikaturi komuni tas-saħħa tal-batterija. Id-dejta għal dawn l-indikaturi normalment tiġi minn settings tal-akkwist tad-dejta proprjetarja (DAQ), li jistgħu jipprovdu dejta għal tagħlim fil-fond (DL), iżda għandhom limitazzjonijiet bħal daqs kbir, spiża għolja, u li jimmiraw batteriji speċifiċi. L-integrazzjoni tat-teknoloġija DL ma 'BMS avvanzata hija approċċ promettenti li jista' jegħleb l-isfidi tal-metodi tal-ġbir tad-dejta u jipprovdi skalabbiltà.

Parametri importanti u rekwiżiti ta' riċerka relatati tal-LIBs:SOH, SOC, RUL, u C-rate huma kollha parametri importanti għall-prestazzjoni tal-LIBs. Żieda fir-rata C se twassal għal tnaqqis fil-kapaċità u l-prestazzjoni tal-batterija. Il-metodi attwali tal-ġbir tad-dejta jiffaċċjaw sfidi bħal settings kumplessi u preċiżjoni tas-sensor mhux ċara, u b'hekk jeħtieġu l-iżvilupp ta 'oqfsa innovattivi tal-BMS portabbli għall-ġbir tad-dejta f'diversi xenarji ta' applikazzjoni bħal ingrandiment għoli. Dan l-istudju jipproponi qafas komprensiv tal-BMS li jintegra l-mudell DL tan-Netwerk ta 'Degradazzjoni tal-Kapaċità (CD Net) żviluppat qabel, li jista' jissodisfa r-rekwiżiti ta 'monitoraġġ f'ħin reali tal-propulsjoni elettrika. Il-ġbir tad-dejta tiegħu u l-kapaċitajiet ta 'integrazzjoni tal-mudelli ġew ivverifikati permezz ta' esperimenti.

2. Żvilupp tal-BMS

Ħarsa ġenerali lejn l-iżvilupp tal-BMS:Ġie żviluppat bord ta 'ċirkwit stampat għall-BMS propost biex jiġbor dejta ewlenija meħtieġa għat-tbassir tas-saħħa tal-batterija u jieħu azzjoni bbażata fuq it-tbassir. Il-BMS żviluppat juża dejta tal-kundizzjoni operattiva attwali (inkluż il-vultaġġ, il-kurrent u t-temperatura tal-batterija) għat-tbassir tas-saħħa tal-batterija, u d-dejta miġbura hija input f'mudell ta 'tagħlim fil-fond (DL) għal tbassir f'ħin reali.

Kejl tas-senser

Kejl tal-kurrent u tal-vultaġġ:Is-senser tal-kurrent tal-ġenb għoli INA219 jintuża biex ikejjel il-kurrent billi jiddaħħal resistor shunt. Biex tadatta għal xenarji ta 'kurrent għoli, ir-reżistenza shunt default 0.1 Ω hija mibdula b'reżistenza 0.01 Ω, li tippermetti li l-firxa tal-kejl kurrenti tilħaq ± 32A.

Kejl tat-temperatura:Is-senser PT100 Adafruit MAX31865 jintgħażel biex ikejjel it-temperatura, li għandha konsum baxx ta 'enerġija, preċiżjoni għolja u stabbiltà. L-ekwazzjoni Callendar van Dusen tintuża biex tinkiseb ir-relazzjoni bejn it-temperatura u r-reżistenza. Jintużaw ħames sensuri biex ikejlu t-temperatura tal-wiċċ u t-temperatura ambjentali ta 'erba' batteriji rispettivament, u titwettaq il-kalibrazzjoni.

Kontroll tal-apparat:Agħżel il-bord taċ-ċirkwit Arduino Uno Rev 2 Wi Fi bħala l-kontrollur, li għandu kapaċitajiet ta 'reġistrazzjoni, proċessar minn qabel u trasmissjoni tad-dejta. Jipprovdi enerġija lin-netwerk tas-sensuri permezz tar-regolatur intern ta '5V tiegħu u jgħaqqad is-sensor u l-mikrokontrollur bl-użu tal-protokoll SPI.

Stima SOH:Id-dejta tal-vultaġġ u t-temperatura miġbura mill-BMS tiġi trażmessa lill-kompjuter, u d-dejta kurrenti tintuża biex tikkalkula l-istat ta 'ċarġ (SOC) tal-batterija permezz tal-metodu tal-għadd Coulomb. SOC, flimkien mal-kapaċità nominali u l-kompożizzjoni kimika tal-batterija, huwa input fil-mudell CD Net biex ibassar il-kapaċità ta 'skariku tal-batterija u jikkalkula SOH. Il-mudell CD Net juża taħlita ta 'netwerks newrali bi strutturi speċifiċi, li huma ottimizzati u pproċessati għat-tbassir.

3. Setup sperimentali

Ħarsa ġenerali lejn is-setup sperimentali:Pakkett ta 'batteriji li jikkonsisti f'erba' batteriji 18650 Sony VTC 6 konnessi f'serje ġie ttestjat bl-użu tas-sistema kimika NCA. Ġew introdotti l-ispeċifikazzjonijiet rilevanti ta 'batteriji individwali u pakketti ta' batteriji.

Ittestjar fuq l-art:L-għan huwa li tiġi analizzata l-prestazzjoni tal-BMS żviluppata ġdida qabel ma tiġi applikata għal vetturi ta 'propulsjoni elettrika. Uża s-sistema NEWARE Powerwall CT-4004-20V20A bħala t-tagħbija, qabbad il-BMS mal-pakkett tal-batterija u tagħbija, immonitorja l-vultaġġ, il-kurrent, u t-temperatura tal-wiċċ ta 'kull pakkett tal-batterija, u rrekordja d-dejta mal-BMS. Poġġi sensor RTD fiċ-ċentru tal-batterija u rrekordja d-direzzjoni tal-pakkett tal-batterija biex tiżgura l-konsistenza fir-reġistrazzjoni tat-temperatura. Wettaq 42 ċiklu ta 'ċarġ u skariku, b'mudell ta' ċiklu simili għall-esperiment ta 'ċertifikazzjoni tan-NASA għal satelliti żgħar.

Ittestjar mill-ajru:Imwettaq wara ttestjar fuq l-art, bl-użu ta 'inġenju tal-ajru elettriku (drone FLYWOO Explorer) għal 20 ċikli ta' skariku ta 'ċarġ biex tinġabar dejta taħt kundizzjonijiet ta' skariku b'rata għolja. Introduzzjoni għall-parametri rilevanti tal-inġenju tal-ajru, il-pakkett tal-batterija huwa installat fuq parentesi stampata 3D, il-BMS huwa fuq nett, il-protokoll tal-iċċarġjar huwa konsistenti mal-ittestjar tal-art, iżda ċ-ċiklu tal-iskariku huwa każwali. L-inġenju tal-ajru huwa madwar pied 'il fuq mill-art waqt il-ħatt. Meta l-BMS juri li l-vultaġġ tal-batterija jilħaq 10V, il-ħruġ jieqaf u l-vettura tistrieħ għal 0.167 siegħa qabel ma tiċċarġja.

4. Riżultati u Diskussjoni

Sommarju tad-Diskussjoni tar-Riżultati:Jintroduċi r-riżultati u s-sejbiet ewlenin miksuba bl-użu tal-BMS żviluppata reċentement (inkluża t-tbassir tal-mudell CD Net). Il-BMS żviluppata reċentement jiġbor data minn tagħbijiet ta 'batteriji statiċi u dinamiċi u jintegra bla xkiel ma' mudelli DL bħal CD Net, li jipprovdi flessibilità biex jadatta għal żviluppi teknoloġiċi.

Riżultati tat-test fuq l-art

Kejl tal-kurva tal-vultaġġ:Id-dejta tal-ħin tal-vultaġġ ta '42 ċiklu ta' ċarġ u skariku ta 'BMS u tagħmir tal-ittestjar (BAn) huma simili. Għalkemm id-dejta tal-BMS għandha dewmien inizjali, eventwalment tikkonverġi, b'devjazzjoni medja ta' 0.2V bejn it-tnejn. Il-parti tal-vultaġġ kostanti tal-kurva tal-iskarigu tista 'tintuża biex tistudja r-relazzjoni ma' SOH, u d-devjazzjoni hija dovuta għal differenzi fir-rata tat-trażmissjoni tad-dejta u l-arloġġ intern.

Kejl tal-kurva kurrenti:Id-dejta attwali ta 'BMS u BAn hija mqabbla kollha kemm hi, u l-bidliet attwali matul l-istadji ta' kwittanza u ċċarġjar isegwu r-regoli. Madankollu, hemm dewmien fid-dejta tal-qari tal-BMS matul l-istadju ta 'konverżjoni attwali, li jirriżulta f'xi devjazzjonijiet. Wara li tneħħi l-punti tad-dejta tad-devjazzjoni kbar, id-devjazzjoni medja hija iżgħar, u l-qari kurrenti huwa aktar preċiż mill-qari tal-vultaġġ.

Kejl tal-kurva tat-temperatura:Immonitorja t-temperatura tal-wiċċ ta 'erba' batteriji u sib li t-temperatura tiżdied gradwalment matul il-proċess tal-iċċarġjar u l-ħatt, u tilħaq l-ogħla punt tagħha fit-tmiem tal-iċċarġjar tal-kurrent kostanti. Imbagħad, it-temperatura tinbidel waqt l-iċċarġjar u l-ħatt ta 'vultaġġ kostanti. Ir-raba 'batterija fil-pakkett tal-batterija għandha temperatura relattivament għolja, u l-BMS jista' jiskopri u juri d-differenzi fit-temperatura ta 'kull batterija. L-anomaliji tat-temperatura jistgħu jintużaw għall-ġestjoni tal-batterija.

Riżultati tat-test mill-ajru

Kejl tal-kurvi tal-kurrent u tal-vultaġġ:Matul it-titjira tad-drone, il-kurrent jinbidel b'mod każwali, u l-BMS jista 'jirreġistra b'mod preċiż il-kurrent ta' kwittanza b'rata għolja. Il-kurrent ta 'skarigu jiżdied man-numru ta' testijiet, u l-vultaġġ jonqos minn 16.8V għal 10V matul il-proċess ta 'kwittanza. Il-kurrent u l-vultaġġ huma affettwati mill-aġġustament tal-attitudni tat-titjira matul it-titjira.

Kejl tal-kurva tat-temperatura:Matul l-ittestjar mill-ajru, it-temperatura tal-wiċċ tal-batterija hija ogħla minn dik waqt l-ittestjar fuq l-art, b'temperatura massima ta 'madwar 55 grad C. Matul il-proċess tal-iċċarġjar, it-temperatura għandha t-tendenza li tonqos, u matul il-proċess tal-ħatt, it-temperatura tiżdied gradwalment. Hemm differenzi fit-temperatura fost batteriji differenti, u l-varjazzjonijiet fit-temperatura huma affettwati minn aġġustamenti fl-attitudni tat-titjira.

Riżultati ta' tagħlim fil-fond:Fl-ittestjar fuq l-art, il-kapaċità tal-batterija naqset gradwalment, u l-mudell CD Net bassar il-kapaċità mill-5 ċiklu, li kienet simili għall-kapaċità tal-għadd Coulomb irreġistrata mill-BMS. It-tbassir tal-mudell kien relattivament preċiż; Il-kapaċità tal-għadd ta' Coulomb kienet instabbli waqt l-ittestjar mill-ajru, iżda l-mudell kien għadu kapaċi jbassar b'differenza medja ta' 0.046Ah. Billi tqabbel il-kapaċità mkejla bil-metodu tal-għadd Coulomb mal-kapaċità mbassra tal-mudell, ġiet ivverifikata l-integrazzjoni b'suċċess tal-mudelli BMS u DL, li tista 'tintuża biex tbassar l-Istat tas-Saħħa (SOH) tal-batteriji.

5. Sommarju

Sommarju tas-sejbiet tar-riċerka:Il-ġbir tad-dejta tal-kundizzjoni tax-xogħol attwali ta 'vetturi ta' propulsjoni elettrika jeħtieġ BMS portabbli li jista 'jopera taħt kundizzjonijiet ħorox, bħal skariku b'rata għolja ta' LIBs. Din ir-riċerka tipproponi arkitettura ġdida tal-BMS, li tuża oqfsa tat-tarf u tas-sħab biex tirrekordja, tittrasmetti u tirċievi data, u tista 'timmaniġġja skariku b'rata għolja, li tissostitwixxi l-metodi tradizzjonali bbażati fuq kompjuters CAN bus u edge.

Sommarju tar-riżultati tat-test:Twettqu testijiet tal-art u tal-arja, u t-temperatura tal-wiċċ tal-batterija kienet l-ogħla fl-aħħar tal-istadju tal-kurrent kostanti tal-iskarigu. It-temperatura tal-wiċċ tal-batterija kienet saħansitra ogħla fit-test ta 'l-arja, u laħqet massimu ta' kważi 55 grad C. Iż-żieda fit-temperatura tista 'tkun ikkawżata minn fatturi bħal tixjiħ tal-batterija u bidliet SOC, u temperatura eċċessiva tista' twassal għal falliment tal-batterija. Matul 42 ċiklu fuq l-art u 20 ċiklu fl-arja, it-temperatura tal-wiċċ żdiedet gradwalment.

Riżultati tat-tbassir tal-mudell:Bl-użu tad-dejta miġbura, il-mudell CD Net ibassar l-Istat tas-Saħħa (SOH) tal-batterija taħt kundizzjonijiet operattivi attwali. Il-previżjoni tal-kapaċità tal-mudell għaċ-ċiklu li jmiss fl-ittestjar fuq l-art hija relattivament preċiża, b'devjazzjoni medja ta' {{0}}.026 Ah; Għalkemm kien hemm varjazzjonijiet fil-kapaċità waqt l-ittestjar mill-ajru, id-differenza medja mbassra kienet 0.046 Ah, u l-BMS kien kapaċi jiġbor data b'mod effettiv fi ħdan il-firxa tal-limitu tas-sensuri tal-vultaġġ kurrenti.