Definición, medida y método del cálculo de parámetros importantes de la batería del poder
un resumen
Este documento se elabora principalmente para facilitar los personales internos de R y de D de la compañía entender a más rápidamente y claramente algunos parámetros característicos importantes de la batería y de sus métodos de la medida y del cálculo. Incluye principalmente el estado SOC de la carga del estado SOH de la batería del poder, de la salud de la batería, de la resistencia interna R, del etc.
Este documento refiere principalmente a los estándares y a los estándares industriales nacionales de las baterías del poder, así como a una cierta información autoritaria sobre Internet, y se compila conjuntamente con su propia experiencia profesional.
dos SOC de estado de la batería de la carga y de su método de la valoración
definición 2,1 del SOC de la batería
El SOC de la batería se utiliza para reflejar el poder restante de la batería, que se define como el porcentaje de la capacidad disponible actual en la capacidad inicial (estándar nacional).
La asociación avanzada americana de la batería (usabc) define el SOC en el manual del experimento de la batería del vehículo eléctrico como sigue: el ratio de la capacidad restante de la batería a la capacidad clasificada bajo mismas condiciones bajo tarifa especificada de la descarga.
SOC=QO/QN
El vehículo eléctrico de Honda (EV más) define el SOC como sigue:
SOC = capacidad residual/(factor de atenuación clasificado de la capacidad de la capacidad de la capacidad)
Dónde capacidad residual = capacidad clasificada - descarga neta - autodescarga - remuneración de temperatura
El poder restante de la batería del poder es el factor principal que afecta al campo de prácticas y que conduce el funcionamiento del vehículo eléctrico. La valoración exacta del SOC puede mejorar el rendimiento energético de la batería y prolongar la vida de servicio de la batería, para asegurar la mejor conducción del vehículo eléctrico. Al mismo tiempo, el SOC es también una base importante para el control de la carga y de la descarga de la batería y la balanza de la batería.
En el uso práctico, necesitamos realizar el algoritmo de la valoración de la batería SOC según el valor mensurable de la batería, tal como voltaje y actual, combinado con los factores de influencia de batería internos y el límite externo (temperatura, vida, etc.). Sin embargo, el SOC es no lineal debido a su ambiente de trabajo interno y factores externos, así que estos problemas se deben superar para alcanzar un buen algoritmo de la valoración del SOC. Actualmente, la valoración de la batería SOC en el país y en el extranjero se ha observado y se ha aplicado parcialmente a dirigir, tal como método del amperio hora, el método de la resistencia interna, método del voltaje del circuito abierto y así sucesivamente. La característica común de estos algoritmos es que son fáciles de ejecutar, pero la falta de consideración de los factores de influencia internos y externos en las condiciones de trabajo reales lleva a la adaptabilidad pobre, que es difícil cumplir los requisitos de BMS para la mejora continua de la exactitud de la valoración. Por lo tanto, después de considerar que el SOC es afectado por muchos factores, más algoritmos complejos se proponen, por ejemplo algoritmo del filtro de Kalman, algoritmo de la red neuronal, algoritmo borroso de la valoración y otros nuevos algoritmos. Comparado con los algoritmos tradicionales anteriores, tienen una gran cantidad de cálculo, pero exactitud más alta. Entre ellos, el filtro de Kalman tiene un buen funcionamiento en exactitud y la adaptabilidad del cálculo.
dos introducción del punto dos de varios algoritmos de la valoración del SOC
(1) método del amperio hora
El método del amperio hora, también conocido como método actual de la integración, es también la base para calcular la batería SOC. Que es el valor inicial del SOC de la batería actual soc0 presuntuoso, después del T-tiempo que carga o que descarga, el SOC es:
Q0 es la capacidad clasificada de la batería, y yo (t) es la carga de la batería y derivado (la descarga es positiva).
De hecho, el SOC se define como el estado de la carga de la batería, y el estado de la carga de la batería es el integral de la corriente de la batería, así que en teoría, el método del amperio hora es el más exacto. Al mismo tiempo, es también fácil realizar. Necesita solamente medir la corriente derivada de carga y de la batería y el tiempo. En el uso que dirige práctico, la fórmula discreta del cálculo es como sigue:
En el trabajo real de la batería, el método del amperio hora se utiliza para calcular el SOC. Los factores de interferencia del error y de ruido de medida afectarán a los resultados de la medida, así que el SOC no puede ser estimado correctamente (los factores tales como autodescarga y temperatura no se consideran). Al mismo tiempo, el valor inicial del SOC de la batería no se puede obtener por el método del amperio hora. Generalmente, el método del amperio hora utiliza el valor del SOC conservado por la carga y la descarga pasadas de la batería como el valor inicial para el cálculo siguiente, pero éste hará que el error del SOC acumula continuamente. Por lo tanto, en la ingeniería práctica, el método del amperio hora se utiliza como la base de otros algoritmos o se combina generalmente con otros algoritmos para la valoración.
(2) método del voltaje del circuito abierto
Hay cierta relación funcional entre la fuerza electromotriz de la batería de ión de litio y el SOC de la batería. Por lo tanto, el valor del SOC de la batería puede ser obtenido midiendo el voltaje del circuito abierto. Para obtener el valor exacto de la fuerza electromotriz de la batería con el método del voltaje del circuito abierto, primero, la batería necesita representar un periodo de tiempo. En este tiempo, el valor del voltaje del circuito abierto (OCV) se puede considerar para ser igual a su valor de la fuerza electromotriz. De esta manera, la fuerza electromotriz de la batería puede ser obtenida y el SOC de la batería puede ser obtenido. La curva soc-ocv de la carga y de la descarga de la batería de litio se obtiene con experimentos, y entonces los valores del SOC de diversos voltajes del circuito abierto se preguntan según la curva soc-ocv.
El método del voltaje del circuito abierto requiere la batería todavía representar un periodo de tiempo para eliminar el error causado por factores externos, que no es conveniente para la medida en tiempo real de la batería SOC. Además, el cambio del voltaje del circuito abierto de la batería SOC en la sección central es muy pequeño, dando por resultado la medida y el error grandes de la valoración de SOC medio.
(3) método del filtro de Kalman
El método del filtro de Kalman utiliza el conocimiento de la dinámica del sistema y de la medida, las características estadísticas del ruido del sistema y del error de medida presuntos, y la información de condiciones iniciales para procesar los valores medidos y para obtener la valoración mínima del error del estado de sistema. La batería para el vehículo eléctrico se puede mirar como sistema dinámico integrado por entrada y salida. En la premisa de entender un cierto conocimiento anterior del sistema, la ecuación del parámetro del estado del sistema se establece, y entonces la valoración interna del parámetro del sistema, incluyendo el estado de la carga, que no se puede medir directamente, se obtiene usando la función de la verificación de la salida. De acuerdo con el modelo modelo o electroquímico del circuito equivalente de la batería, la ecuación de estado y la ecuación de la medida del sistema se establecen. Según los datos de prueba de la descarga de la batería, el voltaje del circuito abierto de la batería es estimado por algoritmo del filtro de Kalman para realizar la valoración del estado de la batería de la carga. Su ventaja es que la valoración de la variación mínima del SOC se puede obtener por método recurrente según el voltaje recogido y actual, para solucionar los problemas de la valoración inexacta del valor inicial del SOC y del error acumulativo; La desventaja es que es altamente dependiente en el modelo de la batería y requiere la velocidad del procesador de sistema.
3. Definición y cálculo del estado de la salud de la batería (soh)
definición 3,1 del estado SOH de la salud de la batería
La definición estándar de la batería SOH es el ratio de la capacidad lanzada por la batería del poder del estado completo al voltaje de atajo a cierta tarifa bajo condiciones estándar a su capacidad nominal correspondiente (capacidad inicial real). Este ratio es una reflexión del estado de salud de la batería.
En fin, el ratio entre el valor real y el valor nominal de una cierta parametrización para la optimización del tratamiento directamente mensurable o indirectamente calculada después de que la batería se utilice por un periodo de tiempo, que se utiliza para juzgar el estado después de la disminución de la salud de la batería y para medir el grado de la salud de la batería. Su funcionamiento real es el cambio de algunos parámetros dentro de la batería (tal como resistencia interna, capacidad, etc.). Por lo tanto, hay varios métodos para definir el estado SOH de la salud de la batería según cantidad característica de la batería:
(1) define SOH desde la perspectiva de capacidad restante de la batería:
SOH=Qaged/Qnew
Donde qaged el poder disponible máximo de la batería y el qnew es el poder máximo cuando la batería es parada.
(2) define SOH desde la perspectiva de capacidad de la batería:
SOH=CM/CN
Donde está el cm la capacidad medida actual de la batería y del NC es la capacidad nominal de la batería.
(3) define SOH desde la perspectiva de resistencia interna de la batería:
SOH= ()/(de REOL-R REOL-Rnew)
Entre ellos, el reol es la resistencia interna de la batería en el final de su vida de servicio, RNew es la resistencia interna de la batería cuando sale de la fábrica, y R es la resistencia interna de la batería en su estado actual.
Nota: la fórmula antedicha para definir SOH de la capacidad restante de la batería o de la capacidad de la batería no es la fórmula real del cálculo de SOH, pero un método de la definición, es decir, este método de la definición tiene una función correspondiente única a corresponder al SOH real. Por ejemplo, sobre la base de la capacidad de la sola batería, SOH se puede calcular realmente por la fórmula siguiente:
SOH= ()/(DE CM-CEOL CN-CEOL)
Donde está la capacidad el ceol en el final de la vida de batería (el desechar), que es un constante. La fórmula del cálculo de SOH arriba es realmente equivalente a la definición en (2). Lo que sigue es una derivación simple:
Dejado SOH = cm/NC = x en definición, SOH = (cm-ceol)/(NC-ceol) = y en cálculo fórmula, asumiendo ceol = PCN, entonces y = (xcn-pcn)/(NC - PCN) = ()/(de X-P 1-p), es decir, y es una función (relación linear) sobre X, donde está un constante p.
3,2 varios métodos comunes de la valoración de SOH
(1) método completo de la descarga
La prueba completa de la descarga requiere un ciclo completo de la descarga de la batería, y después la capacidad de la descarga se prueba y se compara con la capacidad nominal de la nueva batería. Este método se reconoce como el método más de confianza actualmente, pero sus desventajas son también obvias. Requiere la prueba off-line de la batería y el tiempo largo de la prueba. Después de la prueba, la batería necesita ser recargada.
(2) método de la resistencia interna
La valoración de SOH es realizada estableciendo la relación entre la resistencia interna y SOH. Un gran número de estudios muestran que hay cierta relación correspondiente entre la resistencia interna de la batería y SOH. Con el aumento de tiempo de servicio de la batería, la resistencia interna de la batería aumentará, y el poder disponible de la batería disminuirá al mismo tiempo. La valoración de SOH se realiza a través de este punto.
Este método también tiene desventajas: un gran número de estudios han mostrado que la resistencia interna óhmica de la batería cambiará perceptiblemente cuando las disminuciones de la capacidad de la batería al 70% - el 80% originales, que pueden ser muy diferentes del 80% general. Al mismo tiempo, la resistencia interna de la batería es un valor del miliohmio, y su medida exacta en línea es también una dificultad.
(3) método electroquímico de la impedancia
Esto es un método más complejo. Aplicando señales sinusoidales múltiples con diversas frecuencias a la batería, y después analizando los datos recogidos según la teoría borrosa, podemos obtener las características de la batería y predecir el funcionamiento de la batería actual. Usando este método requiere mucha impedancia y el espectro de la impedancia relacionó teorías, y el equipo costoso, así que no se recomienda de momento.
4. Resistencia interna R de la batería
La resistencia interna de la batería es muy pequeña. La definimos generalmente en el miliohmio (m Ω). La resistencia interna es un índice técnico importante para medir funcionamiento de la batería. En circunstancias normales, la batería con pequeña resistencia interna tiene capacidad de gran intensidad fuerte de la descarga, y la batería con resistencia interna grande tiene capacidad débil de la descarga.
La resistencia interna de la batería incluye la resistencia interna óhmica (R Ω) y la resistencia interna de la polarización electroquímica (RE). Para las baterías de ión de litio, la resistencia interna óhmica (R Ω) de la batería incluye principalmente la resistencia formada por la resistencia cuando las iones de litio pasan con el electrólito, la resistencia del diafragma, la resistencia en el interfaz del electrodo del electrólito y la resistencia del colector (papel, electrodo de cobre de aluminio), el etc; La resistencia de polarización electroquímica (RE) incluye resistencia de polarización y resistencia de polarización de concentración en curso de intercalación de la ión de litio, de intercalation y difusión y transferencia del ion.
La resistencia interna óhmica (R Ω) obedece la ley de ohmio, y la polarización electroquímica que la resistencia interna (RE) no obedece la ley de ohmio. Diversos tipos de baterías tienen diversa resistencia interna. La resistencia interna del mismo tipo de batería es también diverso debido a la inconsistencia de características químicas internas. Además, el SOC, re y así sucesivamente cambiará con la temperatura de la batería (además, SOC, con referencia a y así sucesivamente).
Actualmente, la medida de la resistencia interna de la batería incluye principalmente el método de prueba de DC y el método de prueba de la CA, que miden respectivamente la resistencia interna de la CA y la resistencia interna de DC de la batería. Debido a la pequeña resistencia interna de la batería, al medir la resistencia interna de DC, la resistencia interna de la polarización es generado debido a la polarización de la capacidad del electrodo, así que de su valor verdadero no puede ser medido; La medida de la resistencia interna de la CA puede evitar la influencia de la resistencia interna de la polarización y obtener el valor interno real (principalmente resistencia interna óhmica).
Método de la medida de la resistencia interna de la descarga de DC: según la fórmula física R= Δ V Δ 1. El equipo de prueba permite que la batería pase una corriente constante grande de DC en poco tiempo (actualmente, la corriente grande de 40a-80a se utiliza generalmente), medida el cambio del voltaje en ambos extremos de la batería en este tiempo, y calcula la resistencia interna actual de la batería según la fórmula. Este método se controla correctamente y la exactitud se puede controlar dentro de 0,1%, pero también tiene defectos obvios: (1) puede medir solamente las baterías de la capacidad grande, y las baterías de pequeña capacidad no pueden cargar una corriente tan grande; (2) cuando la batería pasa a través de una corriente grande, la polarización ocurre dentro de la batería, dando por resultado resistencia interna de la polarización. Por lo tanto, el tiempo de la medida debe ser mismo cortocircuito, si no el error del valor medido de la resistencia interna es muy grande.
La prueba de resistencia interna de la CA utiliza generalmente los instrumentos especiales de la prueba, y su principio del método es como sigue: usando las características que la batería es equivalente a una resistencia activa, aplique una señal de la CA con la corriente de frecuencia fija y fija a la batería (actualmente, la frecuencia 1kHz y la pequeña corriente 50mA se utilizan generalmente), y después muestree su voltaje, rectifican después de una serie de proceso tal como filtración, la resistencia interna de la batería se calcula a través del circuito del amplificador operativo. El método de prueba de la resistencia interna de la CA tiene las siguientes características: (1) puede medir casi todas las baterías, incluyendo las baterías de pequeña capacidad, y no causará demasiado daño a la batería sí mismo; (2) la exactitud se puede perturbar por la ondulación/la corriente armónica, que requiere la alta capacidad antiinterferente del circuito del instrumento de medida; (3) incapaz de medir en línea en tiempo real.
5. Prueba de la tarifa de la autodescarga de la batería del poder
La autodescarga de la batería también se conoce como el diámetro de apriete de la carga. Refiere al diámetro de apriete de la electricidad almacenada de la batería bajo ciertas condiciones ambientales en el estado del circuito abierto (o de la pérdida de energía química causada por la reacción espontánea interna). Hablando en términos generales, la autodescarga es principalmente afectada por proceso de fabricación de la batería, los materiales y las condiciones de almacenamiento.
Capacidad inicial = [- después de tiempo de control del × de la capacidad de la descarga] × 100%
Generalmente, cuanto más baja es la temperatura de almacenamiento de la batería, más baja es la tarifa de la autodescarga. Sin embargo, debe ser observado que demasiado bajo o la temperatura alta puede causar también daño a la batería y hacerle inutilizable. Hablando en términos generales, las baterías convencionales requieren una gama de temperaturas de almacenamiento de - 20 ~ el ℃ 45. Después de que la batería se cargue y se coloque completamente en el circuito abierto por un periodo de tiempo, cierto grado de autodescarga es un fenómeno normal. Comparado con otros tipos de baterías, el índice de la autodescarga de batería de ión de litio es todavía insignificante, y la mayor parte de la pérdida de la capacidad puede ser recuperada, que es determinada por la estructura de la batería de ión de litio. Sin embargo, bajo temperatura ambiente inadecuada, el índice de la autodescarga de batería de litio todavía está sorprendiendo, que tendrá un gran impacto en la vida de servicio de la batería. Al mismo tiempo, la inconsistencia de la autodescarga de la sola batería es un factor importante que afecta a la consistencia de la batería. La diferencia de la autodescarga es grande, y la inconsistencia de la batería será reflejada rápidamente en curso de uso.
6. Características de la temperatura
La capacidad, la resistencia interna de la carga y de la descarga y el voltaje del circuito abierto de la batería del poder son afectados por temperatura.
(1) la temperatura ambiente tiene una gran influencia en la capacidad de la batería del fosfato del hierro del litio. La capacidad decae rápidamente en la baja temperatura y aumenta rápidamente en cierta subida de la temperatura, pero su tarifa del cambio es menos que eso en la baja temperatura. Más allá de cierta gama, la capacidad decae con el aumento de temperatura.
(2) la influencia de la temperatura ambiente en la resistencia interna óhmica y la resistencia interna total de la batería es obvia. Generalmente, cuanto más baja es la temperatura, mayor es la resistencia interna. La resistencia interna óhmica es más sensible a la temperatura que la resistencia interna de la polarización, y el cambio de la resistencia interna óhmica es más sensible a la baja temperatura.
(3) la curva soc-ocv de la batería tiene poca diferencia en diversas temperaturas. Cuanto más baja es la temperatura, más baja es la curva soc-ocv. Y la velocidad de la desviación de la curva es mayor en la baja temperatura.
