Dyness Knowledge | Аналіз концепції SOC літієвої батареї

Анотація:Літій-іонні акумулятори все ширше пропагуються і використовуються в сучасному житті. Ступінь заряду (SOC) літієвої батареї еквівалентний паливному баку автомобіля. Завжди нагадуйте користувачеві, скільки потужності зараз доступно, наприклад, 100% потужності дорівнює повному баку газу. 0% означає, що акумулятор розряджений, тобто в паливному баку немає бензину.

Наукове, ефективне та відносно точне вимірювання SOC літієвих батарей не тільки має наукові методи вимірювання, але також вимагає розширених програмних алгоритмів як необхідної гарантії для компаній, що займаються виробництвом батарей, для отримання значень у реальному часі. Це вимагає від виробників акумуляторів постійно вдосконалювати та оновлювати алгоритм своєї системи керування акумуляторами (BMS), щоб користувачі могли отримувати відносно точну інформацію про енергоспоживання та розуміти стан працездатності акумулятора під час використання. Заздалегідь записавши відповідну програму в системі BMS, значення SOC розраховується методом напруги, методом вимірювання фільтра Калмана або методом кулонового підрахунку.

1. Літій-іонні батареї необхідні в нашому повсякденному житті, живлячи побутову електроніку від смартфонів до електромобілів.

SOC є одним із важливих показників продуктивності та терміну служби батареї. SOC визначається як доступна ємність [в (А-год.-ампер-годин)] і виражається у відсотках від номінальної ємності. Параметр SOC можна розглядати як термодинамічну величину, яка дозволяє оцінити потенційну енергію акумулятора. Також важливо оцінити стан працездатності батареї (SOH), який представляє міру здатності батареї накопичувати та доставляти електроенергію порівняно з новою батареєю (Ghazel, 2017).

Якщо акумулятор розряджається занадто глибоко або заряджається занадто часто, це може вплинути на його загальний стан і скоротити термін служби. Зберігання SOC у безпечному діапазоні особливо важливо для забезпечення терміну служби батареї та оптимальної продуктивності. Загалом рекомендується підтримувати SOC від 20% до 80%. Будь-який рівень нижче 20% або вище 80% може призвести до навантаження на акумулятор і скоротити його загальний термін служби. Деякі міжнародні виробники вказують це в колонці акумуляторів своїх товарів споживчої електроніки. Коли SOC потрібно підтримувати в цьому діапазоні, активність іонів літію в акумуляторі слід підтримувати якомога більше, а термін служби акумулятора слід максимально продовжити.

2. Вимірювання SOC можна розділити на алгоритм, заснований на моделі вимірювання, або метод вимірювання, заснований на пропускній здатності заряду та розряду акумулятора та напрузі корпусу акумулятора для отримання значення. Просто між трьома є відмінності та акценти. Тому значення SOC, розраховані трьома методами, також мають відносні відхилення.

3. Кулонівський рахунок

Також відомий як підрахунок ампер-годин та інтеграція струму. Коли акумулятор заряджається та розряджається, SOC оцінюється шляхом накопичення зарядженої та розрядженої електроенергії. Метод розрахунку такий:

C(max): ємність акумулятора (максимальна); I(тепер) струм (A); t: час

Недоліки цього методу вимірювання: 1. Помилки викликані поточною вибіркою. 2. Помилка, викликана зміною ємності акумулятора. 3. Помилки, спричинені оцінкою та вибором початкового та кінцевого значень SOC, які, у свою чергу, впливають на розрахунок загального значення.

Цей метод лише приблизно фіксує кількість електроенергії, що надходить і виходить із батареї ззовні, але ігнорує загасання, викликане заміною іонів літію всередині батареї, а також утворення літієвих дендритів та інших змінних, які впливають на розрахунок SOC акумулятор «зсередини». І помилка буде ставати все більшою і більшою з часом. Через цей недолік компанії-виробники акумуляторів змушені постійно оновлювати свою BMS, щоб зменшити кількість помилок.

4. Метод напруги холостого ходу

SOC батареї або її залишкову ємність можна визначити за допомогою тесту на розрядження в контрольованих умовах. Цей алгоритм використовує відому криву розряду батареї (напруга проти SOC), щоб перетворити показання напруги батареї в еквівалентне значення SOC. Однак на напругу більше впливає струм батареї через електрохімічну кінетику та температуру батареї. Цей метод можна зробити більш точним, компенсувавши показання напруги за допомогою корекції, пропорційної струму батареї, і використовуючи таблицю пошуку напруги ланцюга пера батареї (OCV) і температури. Батареї потребують стабільного діапазону напруги, що ускладнює реалізацію підходу напруги. Крім того, перевірка розряду часто передбачає безперервне заряджання, що робить більшість програм трудомісткими.

Крім того, крива напруги холостого ходу літій-залізо-фосфатної батареї між 30% і 80% є майже прямою лінією, і знайти відповідне значення важче. Тому цей спосіб найбільше підходить для випадку, коли батарея довго стояла і не використовується часто.

5. Метод фільтра Калмана

Алгоритм динамічного моделювання для визначення внутрішнього стану елемента батареї підходить для розрахунку значення SOC батареї. Сам метод забезпечує динамічні межі похибок, використовує механізми виправлення помилок і забезпечує прогнозування SOC у реальному часі. Хоча фільтрація Калмана є онлайновим і динамічним методом, він вимагає відповідної моделі батареї та точної ідентифікації її параметрів. Це також вимагає великої обчислювальної потужності та точної ініціалізації.

Таким чином, значення SOC є основним фактором у виробництві акумуляторів. Це не тільки пов’язано з інтуїтивним відчуттям користувача під час використання батареї, але також впливає на термін служби батареї або інвестиційні витрати клієнта на придбання батареї. Таким чином, підтримка значення SOC батареї в межах рекомендованого діапазону під час використання та оновлення мікропрограми продукту батареї в режимі реального часу є важливими гарантіями для забезпечення терміну служби продукту та взаємодії з користувачем.

Котирування

Газел Мурнейн і АдельМартін. (2017). Детальніше про методи оцінки стану заряду (SOC) і справності (SOH) для батарей.

Мінхо КімКім, Чонсу Кім, Чонгук Ю, Сухі ХанКванграе. (2018). Оцінка рівня заряду для літій-іонної батареї на основі підкріпленого навчання. ScienceDirect, сторінки 404-408.

‍

Dyness Digital Energy Technology Co., LTD

Web：www.dyness.com

Tel: +86 400 666 0655    Email: info@dyness-tech.com

Address: No.688, Liupu Road, Suzhou, Jiangsu China

Dyness community: https://www.facebook.com/groups/735600200902322