Како да се процени состојбата на полнење?
проценка на СПЦ
Состојбата на полнење (SOC) на батеријата е еден од најважните параметри при користење на батеријата. Бидејќи SOC е под влијание на фактори како што се стапката на полнење/празнење (струја), температура, само-празнење и стареење, батериите покажуваат висока нелинеарност при употреба, што го отежнува точната проценка на SOC.
Методи за проценка на СПЦ
Најчесто се користиМетоди за проценка на СПЦвклучете го методот на експеримент со празнење, методот на интеграција со ампер-час, методот на напон на отворено-коло, методот на напон на оптоварување, методот на внатрешен отпор, методот на невронска мрежа и методот на филтрирање Калман.
1) Метод на експеримент со испуштање. Методот на експеримент со испуштање е најсигурен метод за проценка на SOC. Користи постојана струја за континуирано празнење, а производот од струјата и времето на празнење е преостанатото полнење. Методот на експеримент со празнење често се користи во лаборатории и е применлив за сите батерии, но има два значајни недостатоци: прво, бара големо време; второ, работата на батеријата мора да биде прекината. Методот на експеримент со празнење не е погоден за електрични возила во движење, но може да се користи за одржување на батерии на електрични возила.
2)Ампер-начин на интеграција на час. Методот на интеграција на ампер-час е најчесто користен метод за проценка на SOC. Меѓутоа, овој метод ги има следните проблеми: неточенмерење на струјадоведува до отстапување на пресметката на СПЦ, а грешките се акумулираат со текот на времето и стануваат поголеми; мора да се земе предвид ефикасноста на полнење-празнење на батеријата; грешките се поголеми при високи-температурни услови или кога батеријата силно флуктуира. Неточното мерење на струјата може да се реши со користење на-тековни сензори со високи перформанси, но цената се зголемува; решавањето на ефикасноста на полнење-потребно е совладување на голем број експериментални податоци и воспоставување емпириски формули за ефикасноста на полнење-. Методот на интеграција со ампер-час може да се користи за сите батерии на електрични возила. Доколку тековното мерење е точно и има доволно податоци за почетната состојба на проценка, тоа може да биде едноставен и сигурен метод за проценка на SOC.
3)Метод на отворено-коло напон. Напонот на отворено-коло на батеријата на крајот од празнењето е блиску до електромоторната сила на батеријата. Електромоторната сила на кобалт-киселинската батерија е функција на концентрацијата на електролит, која пропорционално се намалува со празнењето на батеријата, така што напонот на отворено-коло може да се користи за проценка на SOC. Линеарноста на односот на отворен-напон на коло наспроти SOC за MH/Ni батерии и литиум-јонски батерии не е толку добра како кај батериите со кобалт{10}}киселина, но нивната соодветна врска сепак може да се користи за проценка на SOC, особено со подобри резултати на почетокот и на крајот на полнењето. Значаен недостаток на методот на напон на отворено-коло е тоа што батеријата треба да мирува долго време за да се стабилизира напонот и потребни се неколку часа, па дури и повеќе од десет часа за да се опорави состојбата на батеријата од работа до стабилност, што предизвикува одредени тешкотии во мерењето; проблем е и одредувањето колку долго да се одмори, така што овој метод кога се користи сам е погоден само за електрични возила во паркирана состојба. Методот на отворено-коло напон има добри перформанси за проценка на SOC на почетокот и на крајот на полнењето и често се користи во комбинација со методот на интеграција на ампер-час.
4) Метод на оптоварување напон. Кога започнува моменталното празнење, напонот брзо се менува од напонска состојба на отворено-коло во напонска состојба на оптоварување. Кога струјата на оптоварување на батеријата останува константна, шемата на варијација на напонот на оптоварување со SOC е слична на онаа на напонот на отворено-коло со SOC. Предноста на методот на оптоварување напон е што може да ја процени SOC на батерискиот пакет во реално време и има добри резултати при постојано-тековно празнење. Во практична примена, напонот на батеријата на возачот носи потешкотии во користењето на напонот на оптоварување. За да се реши овој проблем, потребен е математички модел на податоци за напонот на батеријата, независен динамички напон на оптоварување и SOC; затоа, методот на напон на оптоварување ретко се применува на вистински возила, но често се користи како критериум за -исклучување на полнење на батеријата.
5) Метод на внатрешен отпор. Внатрешниот отпор на батеријата е поделен на внатрешен отпор на наизменична струја и внатрешен отпор на еднонасочна струја, и двата се тесно поврзани со SOC (Состојба на полнење). Наизменична импеданса на батеријата е преносна функција помеѓу напонот и струјата на батеријата, комплексна променлива што ја претставува отпорноста на батеријата на наизменична струја и се мери со помош на мерач на наизменична импеданса. Температурата во голема мера влијае на AC импедансата на батеријата; дали да се измери во состојба на отворено-коло откако ќе се смири батеријата или за време на полнење и празнење е контроверзно и ретко се користи во вистински возила. DC внатрешниот отпор го претставува отпорот на батеријата на DC струја, еднаков на односот на промената на напонот на батеријата со промената на струјата во многу краток временски период. При вистинското мерење, батеријата се полни или испразнува со постојана струја почнувајќи од состојба на отворено-коло; разликата помеѓу напонот на оптоварување и напонот на отворено-коло во истиот временски период, поделена со сегашната вредност, е внатрешниот отпор на еднонасочна струја. За оловни{10}}киселински батерии, внатрешниот отпор на еднонасочна струја значително се зголемува во подоцнежните фази на празнење и може да се користи за проценка на SOC на батеријата; варијацијата на внатрешниот отпор DC на MH/Ni батериите и литиум{11}}јонските батерии се разликува од онаа на оловните-киселински батерии и поретко се користи. На големината на внатрешниот отпор DC влијае временскиот период на пресметување. Ако временскиот период е пократок од 10 ms, може да се открие само омскиот внатрешен отпор; ако временскиот период е подолг, внатрешниот отпор станува покомплексен. Прецизното мерење на внатрешниот отпор на една ќелија е тешко, што е недостаток на методот на внатрешен отпор DC. Методот на внатрешен отпор е погоден за проценка на состојбата на полнење (SOC) на батеријата во подоцнежните фази на празнење и може да се користи во комбинација со методот на ампер{18}}часовна интеграција.
6) Метод на невронска мрежа. Батеријата е многу нелинеарен систем и тешко е да се воспостави точен математички модел за нејзиниот процес на полнење-празнење. Невронските мрежи поседуваат фундаментални нелинеарни карактеристики, паралелна структура и способност за учење. Тие можат да произведат соодветни излези за надворешни возбудувања и на тој начин да симулираат динамички карактеристики на батеријата за да го проценат SOC. Вообичаено се користи типична невронска мрежа со три слоја за да се процени SOC на батеријата: бројот на неврони во влезните и излезните слоеви се одредува според вистинските барања за проблемот и генерално е линеарна функција; бројот на неврони во скриениот слој зависи од сложеноста на проблемот и потребната точност на анализата. Најчесто користените влезни променливи за проценка на SOC на батеријата вклучуваат напон, струја, акумулиран капацитет на испразнет, температура, внатрешен отпор и температура на околината. Дали изборот на влезните променливи на невронската мрежа е соодветен и дали бројот на променливи е соодветен директно влијае на точноста на моделот и на пресметковното оптоварување. Методот на невронска мрежа е применлив за различни батерии, но неговиот недостаток е тоа што бара голема количина на референтни податоци за обука, а на грешката во проценката во голема мера влијаат податоците за обука и методот на обука.
7) Метод на филтер Калман. Основната идеја на теоријата на филтерот Калман е да се направи оптимална проценка на состојбата на динамичкиот систем во смисла на минимална варијанса. Кога се применува за проценка на SOC на батеријата, батеријата се смета за динамичен систем и SOC е една од нејзините внатрешни состојби. Истражувањето за методот на филтер Калман за проценка на SOC на батеријата започна дури во последниве години. Овој метод е погоден за различни батерии и, во споредба со другите методи, е особено погоден за SOC проценка на батерии на електрични возила со големи флуктуации на струјата. Не само што ја дава проценката на СПЦ, туку ја дава и грешката во проценката на СПЦ. Меѓутоа, недостаток на овој метод е тоа што алгоритмот е премногу сложен и бара висока пресметковна способност на системот, така што тој сè уште не е навлезен во практична фаза.
Преку-длабинско истражување на различни методи за проценка на SOC, методот на интеграција на ампер-час првично беше избран како основа. Со прецизно мерење на струјата на батеријата, во комбинација со методот на напон на отворено-коло и земајќи ги предвид факторите како што се полнењето-ефикасноста на празнење, температурата, стареењето и само-празнењето, се постигнува динамично управување со батеријата на чисто електрични возила. За чисто електрични возила, комплетот батерии во основа работи во целосно-полнење и целосно-празнење, при што поголемиот дел од процесот на полнење е константно-тековно полнење. По завршувањето на полнењето, постои релативно стабилна точка за одредување на почетната вредност (кога полнењето е завршено, SOC е 100% или малку пренаполнето). Ако -ефикасноста на полнење на батерискиот пакет е многу висока (над 95%), ефикасноста на полнење{15}}празнење може да се приближи како 1 или еднаква на одредена константна вредност. Со користење на овој метод за пресметување на SOC може да се постигнат релативно добри резултати. Акумулираната грешка на секој циклус на празнење{19}}полнење во основа се елиминира кога ќе заврши следното полнење заедно со рекалибрацијата на почетната вредност на SOC.
Со вршење на високо-прецизни мерења на информации за напонот, струјата и температурата на батеријата за да се обезбеди точност на влезовите за проценка на SOC; преку воспоставување на ефективен модел на батерија преку теоретска анализа и вклопување на експериментални податоци; со корекција на SOC на крајот од полнењето и празнењето за да се елиминираат акумулираните грешки на SOC; и со разгледување на-факторите за ефикасност на празнење на полнење на батеријата, температура, стареење и само-ефекти на празнење, се постигнува висока-прецизна проценка на SOC на системот. Алгоритмот за проценка на состојбата на батеријата-на-наполнетост е прикажан на Слика 17-12.
(1) Метод за пресметување на почетната вредност на SOCПочетната вредност на SOC се добива со множење на SOC складиран при исклучување- и SOC добиен од табела за пребарување на температура-OCV{-SOC со коефициент поврзан со времето офлајн на системот. Почетната вредност на SOC треба да се чита секогаш кога ќе се вклучи системот.
(2) Пресметка на вредноста на SOC на поединечна ќелија и корекција на вредноста на SOC на поединечна ќелија врз основа на вредноста на SOHКапацитетот на батеријата се добива со пребарување на табелата користејќи температура и струја за полнење, а капацитетот на батеријата се коригира со пребарување на табелата со помош на SOH. Струјата се интегрира со методот на ампер-час, а потоа се дели со капацитетот за да се добие промената на вредноста на SOC. Вредноста на промената на SOC се додава на почетната вредност за да се добие индивидуалната вредност на SOC на ќелијата.
(3) Пресметка на батериски пакет SOCАко системот се вклучи повторно, почетната вредност на SOC се зема како SOC на батерискиот пакет; ако е во состојба на празнење, пакетот батерии SOC ја чита минималната вредност меѓу поединечните SOC ќелии; ако е во состојба на полнење и полнењето не е завршено, батерискиот пакет SOC ја чита максималната вредност на SOC на модулот; ако е во состојба на полнење и полнењето е завршено, батерискиот пакет SOC е поставен на 1.
(4)Метод за корекција на SOC на поединечни ќелии на крајот од полнењето/празнењетоАко системот е во состојба на полнење и батерискиот пакет SOC е поголем од 0,8, системот се дефинира како на крајот од полнењето; ако системот е во состојба на празнење и батерискиот пакет SOC е помал од 0,3, системот се дефинира како на крајот од празнењето. Ако системот е на крајот на полнење/празнење, SOC треба да се коригира. Методот за пресметка на SOC на крајот од полнењето/празнењето е да се добие вредноста на SOC со пребарување на табелата користејќи температура, струја на полнење/празнење и напон.
