Dyness Conoscenza dell'analisi del concetto di SOC delle batterie al litio

Abstract : Le batterie agli ioni di litio sono sempre più diffuse e utilizzate nella vita moderna. Lo stato di carica (SOC) di una batteria al litio equivale al serbatoio di un'automobile. Ricordare sempre all'utente quanta energia è attualmente disponibile, ad esempio il 100% di energia equivale a un serbatoio pieno. Lo 0% significa che la batteria è esaurita, cioè che non c'è benzina nel serbatoio.

La misurazione scientifica, efficiente e relativamente accurata del SOC delle batterie al litio non solo richiede metodi di misurazione scientifici, ma anche algoritmi software avanzati come garanzia necessaria per le aziende produttrici di batterie per ottenere valori in tempo reale. Ciò richiede che i produttori di batterie migliorino e aggiornino continuamente l'algoritmo del loro sistema di gestione delle batterie (BMS), in modo che gli utenti possano ottenere informazioni relativamente accurate sulla potenza e comprendere lo stato di salute della batteria durante l'uso. Scrivendo in anticipo il programma corrispondente nel sistema BMS, il valore SOC viene calcolato con il metodo della tensione, con il metodo di misurazione del filtro di Kalman o con il metodo del conteggio coulomb.

1. Le batterie agli ioni di litio sono essenziali nella nostra vita quotidiana e alimentano l'elettronica di consumo, dagli smartphone alle auto elettriche.

Il SOC è uno degli indicatori più importanti delle prestazioni e della durata della batteria. Il SOC è definito come capacità disponibile [in (Ah-Ampere ore)] ed espresso come percentuale della capacità nominale. Il parametro SOC può essere visto come una grandezza termodinamica che consente di valutare l'energia potenziale della batteria. È inoltre importante stimare lo stato di salute della batteria (SOH), che rappresenta una misura della capacità della batteria di immagazzinare ed erogare energia elettrica rispetto a una batteria nuova (Ghazel, 2017).

Se una batteria viene scaricata troppo profondamente o caricata troppo spesso, può compromettere la sua salute generale e ridurne la durata. Mantenere il SOC entro un intervallo di sicurezza è particolarmente importante per garantire la durata della batteria e le sue prestazioni ottimali. In generale, si consiglia di mantenere il SOC tra il 20% e l'80%. Qualsiasi valore inferiore al 20% o superiore all'80% può stressare la batteria e ridurne la durata complessiva. Alcuni produttori internazionali lo indicano nella colonna della batteria dei loro prodotti elettronici di consumo. Se il SOC deve essere mantenuto in questo intervallo, l'attività degli ioni di litio nella batteria deve essere mantenuta il più possibile e la durata della batteria deve essere prolungata il più possibile.

2. La misurazione del SOC può essere suddivisa in algoritmo basato sul modello di misurazione o in metodo di misurazione basato sulla capacità di carica e scarica della batteria e sulla tensione del corpo della batteria per ottenere il valore. Tra i tre metodi vi sono differenze ed enfasi. Pertanto, anche i valori di SOC calcolati dai tre metodi presentano deviazioni relative.

3. Conteggio di Coulomb

Conosciuto anche come conteggio degli ampere-ora e integrazione della corrente. Quando la batteria si carica e si scarica, il SOC viene stimato accumulando l'elettricità caricata e scaricata. Il metodo di calcolo è il seguente:

C(max): capacità (massima) della batteria; I(ora) corrente (A); t: tempo

Gli svantaggi di questo metodo di misurazione sono: 1. Gli errori sono causati dal campionamento della corrente. 2. L'errore causato dalla variazione della capacità della batteria. 3. Errori causati dalla stima e dalla selezione dei valori iniziali e finali del SOC, che a loro volta influenzano il calcolo del valore complessivo.

Questo metodo registra solo in modo approssimativo la quantità di elettricità che entra ed esce dalla batteria dall'esterno, ma ignora l'attenuazione causata dalla sostituzione degli ioni di litio all'interno della batteria, nonché la generazione di dendriti di litio e altre variabili che influenzano il calcolo del SOC della batteria "dall'interno". E l'errore non potrà che aumentare con il passare del tempo. A causa di questo inconveniente, le aziende produttrici di batterie sono tenute ad aggiornare continuamente i loro BMS per ridurre gli errori.

4. Metodo della tensione a circuito aperto

Il SOC di una batteria, ovvero la sua capacità residua, può essere determinato mediante un test di scarica in condizioni controllate. Questo algoritmo utilizza la curva di scarica nota della batteria (tensione vs. SOC) per convertire la lettura della tensione della batteria in un valore equivalente di SOC. Tuttavia, la tensione è più influenzata dalla corrente della batteria a causa della cinetica elettrochimica e della temperatura della batteria. Questo metodo può essere reso più preciso compensando la lettura della tensione con un termine di correzione proporzionale alla corrente della batteria e utilizzando una tabella di lookup della tensione del circuito della batteria (OCV) e della temperatura. Le batterie richiedono un intervallo di tensione stabile, il che rende difficile l'implementazione dell'approccio della tensione. Inoltre, il test di scarica spesso comporta una carica continua, rendendo la maggior parte delle applicazioni dispendiose in termini di tempo.

Inoltre, la curva della tensione a circuito aperto della batteria al litio ferro fosfato tra il 30% e l'80% è quasi una linea retta ed è più difficile trovare il valore corrispondente. Pertanto, questo metodo è più adatto al caso in cui la batteria sia stata lasciata ferma per molto tempo e non venga utilizzata frequentemente.

5. Metodo del filtro di Kalman

Un algoritmo di simulazione dinamica per rilevare lo stato interno della cella della batteria è adatto per calcolare il valore SOC della batteria. Il metodo stesso fornisce limiti di errore dinamici, impiega meccanismi di correzione degli errori e fornisce una previsione in tempo reale del SOC. Sebbene il filtraggio di Kalman sia un metodo online e dinamico, richiede un modello di batteria adeguato e un'identificazione precisa dei suoi parametri. Richiede inoltre una grande potenza di calcolo e un'inizializzazione accurata.

In sintesi, il valore SOC è una considerazione fondamentale nella produzione delle batterie. Non è solo legato alla sensazione intuitiva dell'utente durante l'utilizzo della batteria, ma influisce anche sulla durata della batteria o sul costo dell'investimento del cliente per l'acquisto della batteria. Pertanto, mantenere il valore SOC della batteria entro un intervallo consigliato durante l'uso e aggiornare il firmware della batteria in tempo reale sono garanzie importanti per assicurare la durata del prodotto e l'esperienza dell'utente.

Citazioni

GhazelMurnane & AdelMartin. (2017). Uno sguardo più attento alle tecniche di stima dello stato di carica (SOC) e dello stato di salute (SOH) delle batterie.

Minho KimKim, Jungsoo Kim,Jungwook Yu, Soohee HanKwangrae. (2018). Stima dello stato di carica per la batteria agli ioni di litio basata sull'apprendimento per rinforzo. ScienceDirect, pagina 404-408.

‍

Dyness Tecnologia dell'energia digitale Co.

web: www.dyness.com

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

Indirizzo: No.688, Liupu Road, Suzhou, Jiangsu Cina

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