So sánh các phương pháp dự đoán trạng thái sạc pin lithium (SOC) so sánh phương pháp dự đoán

著者：Iflowpower – Lieferant von tragbaren Kraftwerken

Đầu tiên, trạng thái sạc (SOC) nghĩa là SOC là trạng thái sạc, đề cập đến trạng thái sạc của pin. Từ nhiều góc độ khác nhau như điện, năng lượng, v.v., SOC có nhiều ý nghĩa khác nhau.

Tiêu chuẩn SOC của Liên đoàn Pin tiên tiến Hoa Kỳ (USABC) đã được sử dụng rộng rãi, cụ thể là tỷ lệ giữa dung lượng định mức ở mức công suất còn lại và cùng điều kiện ở tốc độ xả nhất định. Công thức tính tương ứng là: qm là dung lượng xả cực đại khi ắc quy được xả theo dòng điện không đổi I; Q (in) là trong thời gian T ắc quy được xả hết điện dưới ắc quy. Thứ hai, phương pháp dự đoán trạng thái sạc pin lithium-ion Trạng thái sạc của pin lithium-ion là một trong những thông số quan trọng của hệ thống quản lý pin, đồng thời cũng là cơ sở cho chiến lược kiểm soát sạc và xả của toàn bộ xe và công việc cân bằng pin.

Tuy nhiên, do tính phức tạp của bản thân pin lithium-ion nên không thể xác định được trạng thái đứt của pin bằng cách đo trực tiếp mà chỉ có thể xác định theo một số đặc điểm bên ngoài của pin như điện trở bên trong của pin, điện áp mạch hở, nhiệt độ, dòng điện, v.v. các tham số liên quan, sử dụng các tham số liên quan. Đường cong đặc trưng hoặc công thức tính toán để hoàn thành công việc dự đoán trạng thái điện tích.

Việc ước tính trạng thái sạc của pin lithium-ion không phải là tuyến tính. Hiện nay, phương pháp phổ biến hiện nay là thí nghiệm xả điện, phương pháp điện áp mạch hở, điểm an toàn, phương pháp lọc Kalman, phương pháp mạng nơ-ron, v.v. 1 Nguyên lý của phương pháp thử nghiệm xả điện là đưa ắc quy vào trạng thái xả liên tục với dòng điện không đổi, tính toán lượng xả khi xả đến điện áp cắt.

Giá trị tiền xử lý của giá trị dòng điện không đổi và thời gian xả được sử dụng khi giá trị công suất xả được xả. Phương pháp thử nghiệm xả thường ước tính trạng thái sạc của pin trong điều kiện phòng thí nghiệm và nhiều nhà sản xuất pin cũng sử dụng phương pháp xả để thử nghiệm pin. Ưu điểm đáng kể của nó là phương pháp này đơn giản và độ chính xác ước tính tương đối cao.

Nhược điểm cũng được nêu bật: không thể tải, chiếm nhiều thời gian đo và khi đo xả, phải ngắt pin, để pin ở chế độ ngoại tuyến, không thể đo trực tuyến. Ắc quy xe điện khi lái xe đã hoạt động bình thường, dòng điện xả không ổn định thì phương pháp này không áp dụng được. Tuy nhiên, phương pháp thí nghiệm phóng điện có thể được sử dụng để xác định quá trình đại tu pin và mô hình tham số.

2 Phương pháp điện áp mạch hở Pin sau thời gian dài sử dụng tương đối ổn định, mối quan hệ chức năng giữa điện áp mạch hở và trạng thái sạc của pin cũng tương đối ổn định. Nếu bạn muốn có giá trị trạng thái sạc của pin, bạn chỉ cần đo điện áp mạch hở ở cả hai đầu pin và thu được thông tin tương ứng so với đường cong OCV-SOC. Ưu điểm của phương pháp điện áp mạch hở là vận hành đơn giản, chỉ cần đo giá trị điện áp mạch hở trên bản đồ đường cong đặc tính điều khiển để thu được giá trị trạng thái sạc.

Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thiếu sót: Trước hết, để có được giá trị chính xác, phải làm cho điện áp pin ở trạng thái tương đối ổn định, nhưng pin thường để lâu không sử dụng, nên không thể đáp ứng được yêu cầu giám sát thời gian thực. Xe điện đỗ lâu ngày. Khi tỷ lệ sạc của pin khác nhau, do sự dao động của dòng điện làm thay đổi điện áp mở pin, điện áp mạch hở của bộ pin không đồng nhất, do đó công suất còn lại dự kiến ​​và công suất còn lại thực tế của pin có độ lệch lớn.

3 AmateLuật tích phân của Pháp không xem xét đến việc sử dụng bên trong pin, theo một số tính năng bên ngoài của hệ thống, chẳng hạn như dòng điện, thời gian, bù nhiệt độ, v.v., bằng cách tích hợp thời gian và dòng điện, đôi khi thêm một số hệ số bù được tính toán để tính tổng lượng điện năng chảy ra khỏi pin để ước tính trạng thái sạc của pin. Hiện nay, thời gian hoạt động được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống quản lý pin.

Công thức tính toán của phương pháp điểm an toàn như sau: Công thức, SOC0 là giá trị điện ban đầu của trạng thái sạc pin; CE là dung lượng định mức của pin; i(t) là dòng điện sạc và xả của pin tại thời điểm T; T là thời gian sạc và xả; η là hệ số tốc độ sạc và xả, và được gọi là hệ số hiệu suất Cullen, biểu thị công suất tiêu tán của pin bên trong pin trong quá trình sạc và xả, thường dựa trên hệ số hiệu chỉnh độ phóng đại và nhiệt độ của quá trình xả sạc. Ưu điểm của định luật tích phân an toàn là giới hạn của bản thân pin tương đối nhỏ, phương pháp tính toán đơn giản, đáng tin cậy và có thể ước tính trạng thái sạc của pin theo thời gian thực. Nhược điểm là do phương pháp đo an toàn được phát hiện trong quá trình điều khiển, nếu độ chính xác thu thập dòng điện không cao, trạng thái sạc ban đầu được đưa ra sẽ có một sai số nhất định, khi thời gian chạy của hệ thống kéo dài, sai số sẽ dần tích lũy, do đó ảnh hưởng đến kết quả dự đoán trạng thái sạc.

Và vì phương pháp điểm an toàn chỉ phân tích từ các đặc điểm bên ngoài nên có một số lỗi nhất định trong liên kết đa điểm. Có thể thấy từ công thức tính toán theo phương pháp điểm an toàn, công suất ban đầu của pin có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của kết quả tính toán. Để cải thiện độ chính xác của phép đo dòng điện, người ta thường sử dụng các cảm biến dòng điện hiệu suất cao, nhưng hiệu suất này ngày càng được nâng cao.

Để đạt được mục đích này, nhiều học giả đã áp dụng phương pháp điện áp mạch hở trong khi áp dụng phương pháp tích phân an toàn, kết hợp cả hai. Phương pháp điện áp mạch hở được sử dụng để ước tính trạng thái sạc ban đầu của pin và phương pháp hiệu chỉnh tích hợp được sử dụng theo thời gian thực và thêm các hệ số hiệu chỉnh để cải thiện độ chính xác của phép tính. 4 Phương pháp lọc Kalman Thuật toán lọc Kalman là ước lượng tương đương tối thiểu của lý thuyết không gian trạng thái miền thời gian, thuộc phạm trù ước lượng thống kê, mục đích chính là giảm và loại bỏ tác động của nhiễu lên tín hiệu quan sát.

Cốt lõi là tốt nhất. Người ta ước tính rằng dữ liệu đầu vào của hệ thống có giá trị đối với các biến trạng thái tại cơ sở. Nguyên lý cơ bản của thuật toán này là sử dụng mô hình không gian trạng thái của nhiễu và tín hiệu làm mô hình thuật toán, khi đo, giá trị quan sát được của thời điểm hiện tại và giá trị ước tính của thời điểm trước đó, đồng thời cập nhật ước tính của biến trạng thái.

Thuật toán lọc Karman dự đoán bản chất trạng thái sạc của pin lithium ion và sử dụng giá trị điện áp đo được để hiệu chỉnh giá trị dự đoán sơ bộ. Ưu điểm của phương pháp lọc Kalman là máy tính phù hợp để xử lý dữ liệu hoạt động theo thời gian thực, phạm vi ứng dụng rộng, có thể sử dụng cho các hệ thống phi tuyến tính và có tác dụng tốt trong việc dự đoán trạng thái sạc của xe điện trong quá trình lái xe. Nhược điểm của phương pháp lọc Kalman là độ chính xác của mô hình pin phụ thuộc, để nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của kết quả dự báo thuật toán, cần thiết lập mô hình pin đáng tin cậy.

Ngoài ra, thuật toán của phương pháp lọc Kalman phức tạp hơn nên khối lượng tính toán tương đối lớn và hiệu suất toán tử cao. 5 Mục đích của mạng lưới thần kinh là mô phỏng hành vi trí thông minh của con người, thông qua cấu trúc song song và khả năng học tập mạnh mẽ để thu được biểu thức dữ liệu và có thể đưa ra phản ứng đầu ra tương ứng khi bị kích thích bên ngoài và thực hiện ánh xạ phi tuyến tính tốt. Nguyên lý của phương pháp mạng nơ-ron được áp dụng cho trạng thái của pin lithium-ion là: dữ liệu bên ngoài như số lượng lớn điện áp, dòng điện tương ứng và dữ liệu trạng thái sạc của pin được sử dụng làm mẫu đào tạo và hướng đi của thông tin trong chính mạng nơ-ron.

Quá trình lan truyền ngược lại của quá trình truyền và truyền lỗi lặp lại quá trình đào tạo và sửa đổi, khi trạng thái điện tích dự đoán đạt đến phạm vi lỗi của các yêu cầu thiết kế, bằng cách nhập dữ liệu mới để có được giá trị dự đoán trạng thái điện tích của pin. Ưu điểm của phương pháp mạng nơ-ron có thể được ước tính để ước tính trạng thái dương của nhiều loại pin khác nhau. Nó có thể áp dụng rộng rãi.

Không thiết lập một mô hình toán học cụ thể. Không cần xem xét những thay đổi hóa học phức tạp trong pin, chỉ cần chọn mẫu thích hợp và thiết lập mô hình mạng nơ-ron tốt hơn, dữ liệu mẫu càng nhiều thì độ chính xác khi ước tính càng cao; có thể xác định trạng thái sạc của pin bất cứ lúc nào. Nhược điểm của phương pháp mạng nơ-ron là độ chính xác, khả năng lấy mẫu và phân phối mẫu của các mẫu dữ liệu, khả năng lấy mẫu và phân phối mẫu cũng như phương pháp đào tạo bị ảnh hưởng rất nhiều bởi pin của pin.

Thứ ba, tóm tắt bài báo này để giới thiệu đơn giản về phương pháp dự đoán hiện tại của một số lần sạc pin lithium-ion quan trọng và phân tích chi tiết những ưu điểm và nhược điểm tương ứng của chúng. Hiện nay, phương pháp tích hợp vẫn là phương pháp dự đoán trạng thái dương được ứng dụng nhiều nhất. Tuy nhiên, do hạn chế của các điểm an toàn nên người ta thường thực hiện bằng các phương pháp khác như điện áp mạch hở và các phương pháp khác để kiểm tra mức sạc ban đầu của pin lithium-ion.

Theo quan điểm xu hướng phát triển, các yếu tố để dự đoán trạng thái sạc của pin lithium-ion ngày càng toàn diện và các phương pháp dự đoán được sử dụng thường là sự áp dụng toàn diện của một số phương pháp, giúp kết quả dự báo chính xác hơn. Hơn nữa, hiện nay công ty đang phát triển mô hình mạch tương đương của pin lithium-ion, gần hơn với thực tế, để nâng cao hơn nữa độ chính xác dự đoán về điện tích.