Hoe om die toestand van lading te skat?
SOC skatting
Die toestand van lading (SOC) van 'n battery is een van die belangrikste parameters tydens batterygebruik. Omdat SOC beïnvloed word deur faktore soos laai/ontladingtempo (stroom), temperatuur, self-ontlading en veroudering, toon batterye hoë nie-lineariteit tydens gebruik, wat akkurate SOC-skatting moeilik maak.
SOC skattingsmetodes
Algemeen gebruikSOC skattingsmetodessluit die ontladingseksperimentmetode, ampere-uur-integrasiemetode, oop-kringspanningmetode, lasspanningmetode, interne weerstandmetode, neurale netwerkmetode en Kalman-filtreermetode in.
1) Ontlading eksperiment metode. Die ontlading eksperiment metode is die mees betroubare SOC skatting metode. Dit gebruik 'n konstante stroom vir deurlopende ontlading, en die produk van die ontladingsstroom en tyd is die oorblywende lading. Die ontladingseksperimentmetode word gereeld in laboratoriums gebruik en is van toepassing op alle batterye, maar dit het twee beduidende nadele: eerstens verg dit 'n groot hoeveelheid tyd; tweedens moet die battery se werking onderbreek word. Die ontladingseksperimentmetode is nie geskik vir elektriese voertuie in beweging nie, maar dit kan gebruik word vir die instandhouding van elektriese voertuigbatterye.
2)Ampere-uur-integrasiemetode. Die ampere-uur-integrasiemetode is die SOC-skattingsmetode wat die meeste gebruik word. Hierdie metode het egter die volgende probleme: onakkuraathuidige metinglei tot SOC berekening afwyking, en foute versamel met verloop van tyd en word groter; laai-ontladingsdoeltreffendheid van die battery moet in ag geneem word; foute is groter onder hoë-temperatuurtoestande of wanneer die battery hewig fluktueer. Onakkurate stroommeting kan opgelos word deur hoë-verrigtingstroomsensors te gebruik, maar die koste neem toe; die oplossing van lading-ontladingsdoeltreffendheid vereis die bemeestering van 'n groot hoeveelheid eksperimentele data en die daarstelling van empiriese formules vir lading-ontladingsdoeltreffendheid. Die ampere-uur-integrasiemetode kan vir alle elektriese voertuigbatterye gebruik word. As die huidige meting akkuraat is en daar voldoende data is vir die aanvanklike skattingstoestand, kan dit 'n eenvoudige en betroubare SOC-skattingsmetode wees.
3) Oop-kringspanningsmetode. Die oop-kringspanning van 'n battery aan die einde van ontlading is naby die battery se elektromotoriese krag. Die elektromotoriese krag van 'n kobalt-suurbattery is 'n funksie van elektrolietkonsentrasie, wat proporsioneel afneem met batteryontlading, dus kan die oop-kringspanning gebruik word om SOC te skat. Die lineariteit van die oop-kringspanning versus SOC-verwantskap vir MH/Ni-batterye en litium-ioonbatterye is nie so goed soos dié van kobalt-suurbatterye nie, maar hul ooreenstemmende verwantskap kan steeds gebruik word om SOC te skat, veral met beter resultate aan die begin en einde van laai. 'n Beduidende nadeel van die oop-kringspanningmetode is dat die battery lank moet rus om die spanning te stabiliseer, en dit neem etlike ure of selfs meer as tien ure vir die batterytoestand om van werking tot stabiliteit te herstel, wat sekere probleme met meting veroorsaak; om te bepaal hoe lank om te rus, is ook 'n probleem, so hierdie metode wanneer dit alleen gebruik word, is slegs geskik vir elektriese voertuie in die geparkeerde toestand. Die oop-kringspanningmetode het goeie SOC-skattingswerkverrigting aan die begin en einde van laai en word dikwels in kombinasie met die ampere-uur-integrasiemetode gebruik.
4) Laai spanning metode. Wanneer die oombliklike ontlading begin, verander die spanning vinnig van die oop-kringspanningtoestand na die lasspanningtoestand. Wanneer die batterylasstroom konstant bly, is die patroon van lasspanningvariasie met SOC soortgelyk aan dié van oop-kringspanning met SOC. Die voordeel van die lasspanningmetode is dat dit die SOC van die batterypak intyds kan skat en goeie resultate het tydens konstante-stroomontlading. In praktiese toepassings bring die bestuurder se batteryspanning probleme met die gebruik van lasspanning. Om hierdie probleem op te los, is 'n wiskundige model van batteryspanningdata, onafhanklike dinamiese lasspanning en SOC nodig; daarom word die lasspanningmetode selde op regte voertuie toegepas, maar word dit dikwels gebruik as 'n kriterium vir batterylading-ontladingsafsnypunt.
5) Interne Weerstand Metode. Battery interne weerstand word verdeel in AC interne weerstand en DC interne weerstand, wat albei nou verwant is aan SOC (State of Charge). Battery AC-impedansie is 'n oordragfunksie tussen batteryspanning en -stroom, 'n komplekse veranderlike wat die battery se weerstand teen AC-stroom verteenwoordig, en word gemeet met 'n AC-impedansiemeter. Battery AC impedansie word grootliks beïnvloed deur temperatuur; of dit in 'n oop-kring-toestand gemeet moet word nadat die battery gestol het of tydens laai en ontlaai, is kontroversieel en word selde in werklike voertuie gebruik. Interne GS-weerstand verteenwoordig die battery se weerstand teen GS-stroom, gelykstaande aan die verhouding van die verandering in batteryspanning tot die verandering in stroom oor 'n baie kort tydperk. In werklike meting word die battery gelaai of ontlaai teen 'n konstante stroom vanaf 'n oop-kringtoestand; die verskil tussen die lasspanning en die oop-kringspanning oor dieselfde tydperk, gedeel deur die huidige waarde, is die GS interne weerstand. Vir lood-suurbatterye neem die interne GS-weerstand aansienlik toe in die latere stadiums van ontlading en kan dit gebruik word om die battery SOC te skat; die interne GS-weerstandvariasie van MH/Ni-batterye en litium-ioonbatterye verskil van dié van lood-suurbatterye en word minder algemeen gebruik. Die grootte van die GS interne weerstand word beïnvloed deur die berekeningstydperk. As die tydperk korter as 10ms is, kan slegs die ohmiese interne weerstand opgespoor word; as die tydperk langer is, word die interne weerstand meer kompleks. Dit is moeilik om die interne weerstand van 'n enkele sel akkuraat te meet, wat 'n nadeel van die GS interne weerstand metode is. Die interne weerstandmetode is geskik om die ladingtoestand (SOC) van 'n battery in die latere stadiums van ontlading te skat en kan in kombinasie met die ampere-uur-integrasiemetode gebruik word.
6) Neurale netwerk metode. 'n Battery is 'n hoogs nie-lineêre stelsel, en dit is moeilik om 'n akkurate wiskundige model vir sy laai-ontladingsproses daar te stel. Neurale netwerke beskik oor fundamentele nie-lineêre eienskappe, parallelle struktuur en leervermoë. Hulle kan ooreenstemmende uitsette vir eksterne opwekkings produseer en sodoende battery dinamiese eienskappe simuleer om SOC te skat. 'n Tipiese 3-laag neurale netwerk word algemeen gebruik om battery SOC te skat: die aantal neurone in die inset- en uitsetlae word bepaal deur die werklike probleemvereistes en is oor die algemeen 'n lineêre funksie; die aantal neurone in die versteekte laag hang af van die kompleksiteit van die probleem en die vereiste analise akkuraatheid. Algemeen gebruikte insetveranderlikes vir die skatting van battery SOC sluit in spanning, stroom, opgehoopte ontladingskapasiteit, temperatuur, interne weerstand en omgewingstemperatuur. Of die keuse van neurale netwerk-invoerveranderlikes gepas is en of die aantal veranderlikes behoorlik is, beïnvloed die akkuraatheid van die model en die berekeningslading direk. Die neurale netwerkmetode is van toepassing op verskeie batterye, maar die nadeel daarvan is dat dit 'n groot hoeveelheid verwysingsdata vir opleiding vereis, en die skattingsfout word grootliks beïnvloed deur die opleidingsdata en opleidingsmetode.
7) Kalman filter metode. Die kerngedagte van Kalman-filterteorie is om die optimale skatting van die toestand van 'n dinamiese stelsel in die sin van minimum variansie te maak. Wanneer dit toegepas word op battery SOC skatting, word die battery beskou as 'n dinamiese stelsel en SOC is een van sy interne toestande. Navorsing oor die Kalman-filtermetode vir die skatting van battery SOC het eers in onlangse jare begin. Hierdie metode is geskik vir verskeie batterye en, in vergelyking met ander metodes, is dit veral geskik vir SOC-skatting van elektriese voertuigbatterye met groot stroomskommelings. Dit verskaf nie net die SOC skatting nie, maar gee ook die skattingsfout van SOC. Die nadeel van hierdie metode is egter dat die algoritme te kompleks is en hoë berekeningsvermoë van die stelsel vereis, dus het dit nog nie die praktiese stadium betree nie.
Deur in-diepte navorsing oor verskillende SOC-beramingsmetodes, is die ampere-uur-integrasiemetode aanvanklik as die basis gekies. Deur batterystroom akkuraat te meet, gekombineer met die oop-kringspanningsmetode en faktore soos batterylading-ontladingsdoeltreffendheid, temperatuur, veroudering en self-ontlading, word dinamiese bestuur van die kragbattery van suiwer elektriese voertuie bewerkstellig. Vir suiwer elektriese voertuie werk die batterypak basies in 'n volle-laai- en vol-ontladingstoestand, met die meeste van die laaiproses wat konstant-huidige laai is. Nadat laai voltooi is, is daar 'n relatief stabiele aanvanklike waardebepalingspunt (wanneer laai voltooi is, is SOC 100% of effens oorlaai). As die laai-ontladingsdoeltreffendheid van die batterypak baie hoog is (bo 95%), kan die laai-ontladingsdoeltreffendheid benader word as 1 of gelyk aan 'n sekere konstante waarde. Deur hierdie metode te gebruik om SOC te bereken, kan relatief goeie resultate behaal word. Die opgehoopte fout van elke laai-ontladingsiklus word basies uitgeskakel wanneer die volgende laai voltooi is saam met die herkalibrering van die aanvanklike SOC-waarde.
Deur hoë-presisiemetings van batteryspanning, stroom en temperatuurinligting uit te voer om die akkuraatheid van SOC-skattingsinsette te verseker; deur 'n effektiewe batterymodel daar te stel deur teoretiese analise en passing van eksperimentele data; deur SOC aan die einde van lading en ontlading reg te stel om opgehoopte SOC-foute uit te skakel; en deur batterylading-ontladingsdoeltreffendheidsfaktore, temperatuur, veroudering en self-ontladingseffekte in ag te neem, word hoë-presisieskatting van stelsel SOC behaal. Die batterytoestand-van-ladingskattingsalgoritme word in Figuur 17-12 getoon.
(1) SOC aanvanklike waarde berekening metodeDie SOC-aanvangswaarde word verkry deur die SOC wat by krag-af gestoor is, en die SOC verkry vanaf die temperatuur-OCV-SOC-opsoektabel te vermenigvuldig met 'n koëffisiënt wat verband hou met die stelsel vanlyn tyd. Die SOC-aanvangswaarde moet gelees word elke keer as die stelsel aanskakel.
(2) Berekening van individuele sel SOC waarde en regstelling van individuele sel SOC waarde gebaseer op SOH waardeDie batterykapasiteit word verkry deur die tabel op te soek deur temperatuur en laaistroom te gebruik, en die batterykapasiteit word reggestel deur die tabel met SOH op te soek. Die stroom word geïntegreer deur die ampere-uur-metode te gebruik en dan gedeel deur die kapasiteit om die SOC-veranderingswaarde te verkry. Die SOC-veranderingswaarde word by die aanvanklike waarde gevoeg om die individuele sel SOC-waarde te verkry.
(3) Berekening van batterypak SOCAs die stelsel weer aangeskakel word, word die gelees SOC-aanvangswaarde as die batterypak SOC geneem; indien in ontladingstoestand, lees die batterypak SOC die minimum waarde onder die individuele sel SOC's; indien in laai toestand en laai is nie klaar nie, lees die batterypak SOC die maksimum module SOC waarde; as in laai toestand en laai klaar is, is die batterypak SOC op 1 gestel.
(4)Individuele sel SOC regstelling metode aan die einde van laai/ontladingAs die stelsel in laai toestand is en die batterypak SOC is groter as 0.8, word die stelsel gedefinieer as aan die einde van laai; as die stelsel in 'n ontladingstoestand is en die batterypak SOC minder as 0.3 is, word die stelsel gedefinieer as aan die einde van ontlading. As die stelsel aan die einde van laai/ontlading is, moet die SOC reggestel word. Die SOC-berekeningsmetode aan die einde van lading/ontlading is om die SOC-waarde te verkry deur die tabel op te soek deur temperatuur, lading/ontladingsstroom en spanning te gebruik.
