Il-batterija fil-vetturi elettriċi hija fokus ewlieni tal-manutenzjoni tas-saħħa tal-batterija. Is-Sistema ta 'Ġestjoni tal-Batterija (BMS) iżżomm l-aħjar stat tal-batterija billi tevalwa l-Istat tas-Saħħa (SOH) tagħha. L-identifikazzjoni preċiża ta 'SOH tista' tiddetermina l-ħin ta 'sostituzzjoni tal-batterija, tevita ħsara fil-batterija, u testendi l-ħajja tas-servizz tagħha. Dan l-artikolu għandu l-għan li jtejjeb il-prestazzjoni tal-BMS billi jidentifika l-parametri SOH. Ibbażat fuq il-mudell tal-batterija Thevenin, jinkisbu parametri ewlenin bħal R{{0}}, Rp, u Cp. Żewġ algoritmi adattivi, l-għadd Coulomb u l-vultaġġ taċ-ċirkwit miftuħ, jintużaw biex tlesti l-identifikazzjoni tal-parametri. Ir-riżultati taż-żewġ algoritmi f'termini ta 'żball, żball assolut medju (MAE), żball kwadru medju għeruq (RMSE), u valur finali SOH huma mqabbla. Ir-riċerka tiffoka fuq il-kisba ta 'dejta dwar żball ta' stima u informazzjoni affidabbli dwar il-prestazzjoni tal-BMS. Ir-riżultati juru li l-metodu ta 'għadd Coulomb għandu żball iżgħar fl-istima SOH mill-metodu ta' vultaġġ ta 'ċirkwit miftuħ, bi żball ta' 1.770%. Il-valur finali SOH huwa 17.33%, u l-mudell tal-batterija Thevenin għandu żball ta 'mudellar ta' 0.0451% għall-batterija.
1. Introduzzjoni
Sistema ta' Ġestjoni ta' Batteriji u Batteriji ta' Vettura Elettrika (BMS):Fil-vetturi elettriċi, il-batterija hija s-sors ta 'enerġija primarja, li tipprovdi enerġija lill-magna u sistemi oħra. B'differenza mill-karozzi tradizzjonali, il-batteriji tal-vetturi elettriċi għandhom kapaċità u vultaġġ relattivament żgħar, u ġeneralment ikunu ppakkjati f'moduli tal-batteriji. Is-sistema tal-batterija tikkonsisti minn batteriji multipli, li huma ġestiti minn BMS. Il-funzjonijiet tiegħu jinkludu l-ottimizzazzjoni tas-sistema tax-xogħol tal-batterija, li jinvolvu żewġ parametri ewlenin: stat ta 'ċarġ (SOC) u stat ta' saħħa (SOH). SOC huwa l-proporzjon tal-kapaċità li jifdal mal-kapaċità totali, filwaqt li SOH huwa l-valur ta 'tqabbil bejn il-prestazzjoni attwali u l-prestazzjoni tal-batterija ġdida, li ma tistax titkejjel direttament u jeħtieġ li tiġi stmata.
Sfond tar-riċerka u metodi relatati:L-Istat tas-Saħħa (SOH) jista 'jikkwantifika l-prestazzjoni u l-ħajja tal-batterija. Degradazzjoni tal-kwalità, bidliet fir-reżistenza interna u l-parametri tal-kapaċità jistgħu jseħħu waqt l-użu tal-batterija. L-identifikazzjoni tal-parametri SOH tgħin tiddetermina l-kundizzjoni attwali tal-batterija, tirrakkomanda ħinijiet ta 'sostituzzjoni, u testendi l-ħajja tal-batterija. Bħalissa hemm metodi multipli għall-istima tal-Istat tas-Saħħa (SOH) jew tal-Istat tal-Ħlas (SOC), iżda hemm ftit metodi li simultanjament jidentifikaw it-tnejn u jiġġeneraw parametri xierqa biex jitnaqqas il-piż komputazzjonali fuq il-BMS. L-algoritmu għall-monitoraġġ tal-parametri tal-batterija jeħtieġ li jadatta għal bidliet fil-parametri u jistma l-kundizzjoni tal-batterija. Il-metodi jistgħu jinqasmu fi tliet kategoriji, inkluż il-metodu tal-impedenza spettrali, il-metodu tal-ekwazzjoni tal-mudell taċ-ċirkwit, u l-metodu tal-mudell tal-impedenza elettrokimika.
Reviżjoni tax-xogħol relatat:Metodi multipli intużaw komunement f'riċerka preċedenti biex jiġu identifikati l-parametri tal-batterija. L-għadd coulombic (CC) u l-metodi ta 'vultaġġ ta' ċirkwit miftuħ (OCV) jintużaw ħafna fil-BMS tal-vetturi elettriċi, kull wieħed bil-vantaġġi u l-iżvantaġġi tiegħu stess. Il-metodu CC jistma SOH billi jimmonitorja l-kapaċità ta 'ġewwa u barra tal-batterija, filwaqt li jqis it-telf ta' enerġija matul iċ-ċiklu tal-iċċarġjar, u jista 'wkoll jipprovdi informazzjoni rilevanti permezz ta' rkupru tal-vultaġġ; Il-metodu OCV jista 'jitqies bħala vultaġġ bilanċjat wara li l-batterija tkun mistrieħa għal kollox, u l-Istat tas-Saħħa (SOH) huwa stmat billi jiġu kkunsidrati l-kundizzjonijiet tal-parametri tal-batterija BMS.
Il-fokus ta 'dan l-istudju huwa li jiġu identifikati parametri SOH preċiżi biex testendi l-ħajja tal-batterija. Metodu bbażat fuq il-mudell tal-batterija jintuża biex jevalwa u jidentifika l-parametri SOH. Il-mudell tal-batterija Thevenin jintuża biex jidentifika l-parametri R0, Rp, u Cp permezz ta' algoritmu adattivi (Least Squares Rikursivi, RLS). Fuq il-bażi tar-riżultati tal-evalwazzjoni, jinkisbu stimi preċiżi tas-SOH biex jitnaqqas il-piż tal-komputazzjoni.
Kontribuzzjoni tar-riċerka:Ir-riżultati tal-ittestjar tal-parametri tal-batterija jipprovdu stimi raġonevoli u rati ta 'żbalji żgħar għall-evalwazzjoni tal-prestazzjoni tas-sistema BMS. Il-metodu tal-għadd Coulomb huwa konvenjenti għall-kalkolu tal-kapaċità tal-batterija, u l-qawwa massima tal-batterija tonqos biż-żieda taċ-ċikli ta 'ċarġ u skariku. L-iżball relattiv tal-mudell tal-batterija Thevenin huwa inqas minn 2%. F'termini ta 'preċiżjoni ta' stima SOH, il-metodu CC huwa superjuri għal RLS, u l-metodu CC jista 'jistma l-vultaġġ terminali tal-batterija u SOC, filwaqt li l-metodu OCV jista' jistma biss il-parametri tal-batterija.
2. Sistema ta 'ġestjoni tal-batterija
Komponenti tal-batterija (funzjonijiet u kompożizzjoni tal-BMS):BMS jirregola s-sistema tal-batteriji magħmula minn mijiet jew eluf ta 'batteriji f'vetturi elettriċi, u għandha funzjonijiet importanti bħal monitoraġġ, stima ta' parametri, protezzjoni, forniment ta 'rapporti u batteriji tal-ibbilanċjar. Il-funzjonijiet ewlenin tiegħu jinkludu l-protezzjoni tal-batterija mill-ħsara, it-tħaddim tal-batterija f'meded ta 'vultaġġ u temperatura xierqa, u ż-żamma tal-batterija biex topera f'parametri li jissodisfaw ir-rekwiżiti tas-sistema bħal SOC, SOH u SOF. BMS jikkonsisti f'sensors, attwaturi, u kontrolluri, b'inputs li jinkludu sinjali tas-sensuri bħal kurrent, vultaġġ, temperatura, u pedali, u outputs inklużi moduli għall-ġestjoni termali, bilanċ, ġestjoni tas-sikurezza, indikazzjoni tal-iċċarġjar, allarm ta 'ħsara u komunikazzjoni. Is-softwer tal-BMS jinkludi moduli funzjonali multipli bħall-iskoperta tal-parametri tal-batterija, l-istima u d-dijanjosi tal-ħsarat. Il-kejl tal-vultaġġ tal-batterija, l-istima tal-parametri, l-ibbilanċjar u d-dijanjosi tal-ħsarat huma l-kwistjonijiet ewlenin tal-BMS, fosthom il-kejl tal-vultaġġ tal-batterija jiffaċċja diffikultajiet bħal differenzi fil-vultaġġ ikkawżati minn konnessjoni tas-serje tal-batterija u rekwiżiti ta 'preċiżjoni għolja.
Immudellar tal-batterija:Dan l-artikolu jiddetermina l-parametri tal-Istat tas-Saħħa (SOH) permezz tal-immudellar tal-batterija, u jikkonverti l-vultaġġ, il-kurrent u l-parametri tat-temperatura tal-batterija tal-input f'SOH biex tikseb stimi preċiżi. Bl-użu tal-mudell tal-batterija Thevenin, ir-rispons temporanju tal-vultaġġ tal-proċess tal-polarizzazzjoni tal-batterija huwa deskritt billi jintgħażlu r-reżistenza interna u l-parametri tal-kapaċità tal-batterija. L-ekwazzjonijiet matematiċi tal-mudell tal-batterija u l-metodi ta 'kalkolu għall-parametri relatati (Voc, R0, Rp, u Cp) huma pprovduti, li huma miksuba permezz tal-algoritmu RLS u applikati għall-mudell tal-batterija Thevenin.
3. Iddetermina l-parametri tal-kundizzjoni tas-saħħa
L-importanza u l-metodi tal-identifikazzjoni tal-parametri tal-istat tas-saħħa:Parametri SOH preċiżi huma kruċjali għall-prestazzjoni tal-BMS. Dan l-istudju juża l-għadd Coulomb bħala algoritmu adattiv biex jidentifika dawn il-parametri biex jikseb valuri ta 'inizjalizzazzjoni SOH u jevalwa l-prestazzjoni tal-BMS. Il-mudell tal-batterija Thevenin jintuża biex jiddetermina l-parametri tal-mudell tal-batterija u l-funzjoni OCV-SOC. Il-proċess speċifiku jinvolvi d-dħul tal-kurrent fil-mudell tal-batterija, l-analiżi tad-dejta tal-vultaġġ terminali, il-konverżjoni minn dominju tal-ħin għal dominju SOC, u twaħħil tal-kurva biex tinkiseb il-funzjoni OCV-SOC. Il-proċess ta 'identifikazzjoni tal-parametri huwa ripetut sakemm l-istima SOH tkun raġonevoli u r-rata ta' żball hija żgħira.
Funzjoni OCV-SOC:Ibbażat fuq il-mudell tal-batterija Thevenin, OCV (SOC) huwa parametru tal-vultaġġ tas-sors miksub billi jiġi ttestjat il-vultaġġ tal-batterija mingħajr tagħbija konnessa u l-vultaġġ qabel ma tikkonnettja l-pakkett tal-batterija. Il-kurva SOC OCV hija stmata bl-użu tad-dejta tat-test tat-tagħbija kostanti u mgħammra b'polinomju tat-tnax-il ordni. Il-polinomju tal-għaxar ordni għandu l-ogħla preċiżjoni fl-istima tal-VOC u l-iżgħar żball kwadru medju tal-għeruq (RMSE), li għandu impatt sinifikanti fuq l-eżattezza tal-funzjonijiet SOC u OCV.
Parametri R0, Rp, u Cp:Il-mudell tal-batterija Thevenin jeħtieġ OCV f'SOC bħala l-vultaġġ tas-sors, li jinkiseb permezz tal-ittestjar tal-polz. R{{0}} hija reżistenza interna b'valur akbar minn reżistenzi oħra. Minħabba l-kwistjoni tal-perjodu tat-teħid tal-kampjuni, huwa diffiċli li jinqabdu bidliet żgħar fid-dejta. Ir-relazzjoni bejn R0 u SOC inkisbet permezz ta' twaħħil ta' kurva polinomjali tat-tieni ordni, b'valur R0 medju ta' 0.027735 Ω. R0, Rp, u Cp jipprovdu dejta tal-input għall-ittestjar tal-polz tal-vultaġġ u tal-kurrent u jiksbu valuri tal-parametri tal-ħruġ.
Riżultat sperimentali
Billi jiġu analizzati l-parametri tal-Istat tas-Saħħa (SOH) immonitorjati mill-batterija, tinkiseb il-prestazzjoni tal-BMS, u tinkiseb dejta tal-parametri fiżiċi bħall-vultaġġ terminali u l-kurrent tad-dħul/ħruġ tal-batterija. Ibbażat fuq l-immudellar tal-batterija, id-dejta tal-parametri hija identifikata u użata għal sistemi ta 'monitoraġġ u protezzjoni tal-istatus tal-batterija. Il-metodu ta 'stima ta' SOH jinkludi l-kejl tal-bidliet fir-reżistenza u l-kapaċità tal-batterija, rispettivament bl-użu tal-liġi ta 'Ohm u l-metodu tal-għadd ta' Coulomb, u s-sostituzzjoni tal-valur OCV fl-ekwazzjoni tar-relazzjoni OCV-SOC biex jinkisbu l-valuri SOC u SOH.
It-test tal-iskarigu statiku sar, u r-riżultati wrew li l-algoritmu CC kiseb il-bidla SOH billi mmultiplika l-valur kurrenti bil-ħin, filwaqt li l-algoritmu OCV kiseb il-valur SOH billi uża l-vultaġġ terminali jew il-valur OCV tal-mudell tal-batterija. Il-kurvi tal-bidla SOH taż-żewġ algoritmi kienu simili. It-test kiseb ukoll riżultati ta 'identifikazzjoni tal-parametri tal-batterija, u l-karatteristiċi ta' rilassament tal-batterija jistgħu jintużaw għall-identifikazzjoni tal-parametri. Iktar ma jkun mgħaġġel iċ-ċiklu tat-test, iktar tkun preċiża l-istima tas-SOH. L-algoritmu CC huwa superjuri għall-algoritmu OCV fl-inizjalizzazzjoni SOH, li jista 'jifhem aħjar ir-reżistenza interna tal-batterija u fl-istess ħin jistma l-vultaġġ terminali Vt, SOC, u SOH tal-batterija, bi żball ta' stima ta 'inqas minn 2%.
Mid-dejta tal-iżball tal-identifikazzjoni tal-parametri SOH, l-iżball kwadru medju (MSE) tal-algoritmu CC huwa {{0}}.0111, il-valur finali SOH huwa 17.33%, il-persentaġġ tal-iżball huwa 1.770%, u l-għerq żball kwadru medju (RMSE) huwa 0.0132
Diskussjoni tar-riżultat tar-riċerka:L-impatt tar-reżistenza tal-batterija interna fuq l-algoritmi CC u OCV huwa simili, u l-algoritmu CC jista 'jifhem aħjar ir-reżistenza interna bi żbalji iżgħar. L-algoritmu CC jista 'jistma b'suċċess il-vultaġġ terminali Vt, SOC, u SOH tal-batterija simultanjament, bi żball ta' stima ta 'inqas minn 2%. Fit-test ta 'kwittanza, l-algoritmu CC huwa aktar preċiż mill-algoritmu OCV fl-inizjalizzazzjoni SOH, bi żball kwadru medju stmat (MSE) ta' 1.770% għall-algoritmu CC u 3.256% għall-algoritmu OCV. Dawn ir-riżultati jipprovdu referenza għall-identifikazzjoni tal-parametri fl-evalwazzjoni tal-BMS.
4. Sommarju
Ir-riżultati tal-evalwazzjoni tal-prestazzjoni tal-BMS ibbażati fuq l-identifikazzjoni tal-parametri SOH juru li l-algoritmu tal-għadd Coulomb għandu riżultati ta 'stima aħjar, bi żball ta' stima SOH ta '1.770% u valur finali SOH ta' 17.33%. L-iżball tal-immudellar tal-mudell tal-batterija Thevenin għall-batteriji huwa 0.0451%. F'termini tal-eżattezza tal-istima SOH bl-użu ta 'żewġ metodi (għadd Coulomb u vultaġġ ta' ċirkwit miftuħ), l-għadd Coulomb għandu preċiżjoni ogħla. Barra minn hekk, algoritmi adattivi bbażati fuq l-immudellar tal-batterija jistgħu jistmaw il-vultaġġ terminali u SOH tal-batterija.