Dyness Kennis | Lithium batterij SOC conceptanalyse

Abstract: Lithium-ion accu's worden steeds meer gepromoot en gebruikt in het moderne leven. De staat van lading (SOC) van een lithiumbatterij is gelijk aan de brandstoftank van een auto. Herinner de gebruiker er altijd aan hoeveel vermogen er op dat moment beschikbaar is. 100% vermogen is bijvoorbeeld gelijk aan een volle benzinetank. 0% betekent dat de batterij leeg is, d.w.z. dat er geen benzine meer in de brandstoftank zit.

Wetenschappelijke, efficiënte en relatief nauwkeurige meting van SOC van lithiumbatterijen vereist niet alleen wetenschappelijke meetmethoden, maar ook geavanceerde softwarealgoritmen als noodzakelijke garantie voor batterijbedrijven om realtime waarden te verkrijgen. Dit vereist dat batterijfabrikanten het algoritme van hun batterijbeheersysteem (BMS) voortdurend verbeteren en upgraden, zodat gebruikers relatief nauwkeurige vermogensinformatie kunnen krijgen en inzicht kunnen krijgen in de gezondheidsstatus van de batterij tijdens het gebruik. Door vooraf het bijbehorende programma in het BMS-systeem te schrijven, wordt de SOC-waarde berekend met de spanningsmethode, de Kalman-filter-meetmethode of de coulomb-telmethode.

1. Lithium-ion batterijen zijn essentieel in ons dagelijks leven en voorzien consumentenelektronica, van smartphones tot elektrische auto's, van stroom.

SOC is een van de belangrijke indicatoren voor de prestaties en de levensduur van een batterij. SOC wordt gedefinieerd als de beschikbare capaciteit [in (Ah-Ampère-uren)] en uitgedrukt als een percentage van de nominale capaciteit. De SOC-parameter kan worden gezien als een thermodynamische grootheid waarmee de potentiële energie van de batterij kan worden geëvalueerd. Het is ook belangrijk om de gezondheidstoestand (SOH) van de batterij te schatten, die een maatstaf is voor het vermogen van een batterij om elektrische energie op te slaan en te leveren in vergelijking met een nieuwe batterij (Ghazel, 2017).

Als een batterij te diep wordt ontladen of te vaak wordt opgeladen, kan dit de algehele gezondheid ervan aantasten en de levensduur verkorten. Het is vooral belangrijk om de SOC binnen een veilig bereik te houden om de levensduur en optimale prestaties van de batterij te garanderen. Over het algemeen wordt aanbevolen om de SOC tussen 20% en 80% te houden. Alles onder 20% of boven 80% kan de batterij belasten en de algehele levensduur verkorten. Sommige internationale fabrikanten geven dit aan in de batterijkolom van hun consumentenelektronica. Als de SOC binnen dit bereik moet worden gehouden, moet de activiteit van lithium-ionen in de batterij zoveel mogelijk behouden blijven en moet de levensduur van de batterij zoveel mogelijk worden verlengd.

2. De meting van SOC kan worden onderverdeeld in het algoritme op basis van het meetmodel, of de meetmethode op basis van de laad- en ontlaaddoorvoer van de batterij en de accuspanning om de waarde te verkrijgen. Er zijn alleen verschillen en accenten tussen de drie. Daarom hebben de SOC-waarden die door de drie methoden worden berekend ook relatieve afwijkingen.

3. Coulomb tellen

Ook bekend als ampère-uurtelling en stroomintegratie. Wanneer de batterij oplaadt en ontlaadt, wordt de SOC geschat door de opgeladen en ontladen elektriciteit bij elkaar op te tellen. De berekeningsmethode is als volgt:

C(max): (maximale) capaciteit batterij; I(nu) stroom (A); t: tijd

De nadelen van deze meetmethode zijn: 1. Fouten worden veroorzaakt door stroombemonstering. 2. De fout wordt veroorzaakt door de verandering van de batterijcapaciteit. 3. Fouten veroorzaakt door de schatting en selectie van de begin- en eindwaarden van de SOC, die op hun beurt de berekening van de totale waarde beïnvloeden.

Deze methode registreert alleen ruwweg de hoeveelheid elektriciteit die de batterij van buitenaf binnenkomt en verlaat, maar negeert de verzwakking die wordt veroorzaakt door de vervanging van lithiumionen binnenin de batterij, evenals de generatie van lithiumdendrieten en andere variabelen die de SOC-berekening van de batterij "van binnenuit" beïnvloeden. En de fout wordt alleen maar groter naarmate de tijd verstrijkt. Vanwege dit nadeel moeten accubedrijven hun BMS voortdurend upgraden om fouten te verminderen.

4. Open-circuit spanningsmethode

De SOC van een batterij, of de resterende capaciteit, kan worden bepaald met behulp van een ontladingstest onder gecontroleerde omstandigheden. Dit algoritme gebruikt de bekende ontlaadcurve van de batterij (spanning vs. SOC) om een spanningswaarde van de batterij om te zetten in een equivalente SOC-waarde. De spanning wordt echter meer beïnvloed door de batterijstroom als gevolg van de elektrochemische kinetiek en de temperatuur van de batterij. Deze methode kan nauwkeuriger worden gemaakt door de spanningswaarde te compenseren met een correctieterm die evenredig is met de accustroom en door een opzoektabel van de OCV (pen circuit voltage) en temperatuur van de accu te gebruiken. Batterijen hebben een stabiel spanningsbereik nodig, waardoor de spanningsmethode moeilijk te implementeren is. Bovendien moeten ontlaadtests vaak continu worden opgeladen, waardoor de meeste toepassingen tijdrovend zijn.

Bovendien is de curve van de open-circuitspanning van lithium-ijzerfosfaatbatterijen tussen 30% en 80% bijna een rechte lijn en is het moeilijker om de overeenkomstige waarde te vinden. Daarom is deze methode het meest geschikt voor het geval dat de batterij lange tijd niet gebruikt wordt.

5. Kalman-filtermethode

Een dynamisch simulatiealgoritme voor het detecteren van de interne toestand van de batterijcel is geschikt voor het berekenen van de SOC-waarde van de batterij. De methode zelf biedt dynamische foutgrenzen, maakt gebruik van foutcorrectiemechanismen en biedt een real-time voorspelling van SOC. Hoewel Kalman filtering een online en dynamische methode is, vereist het een geschikt batterijmodel en een nauwkeurige identificatie van de parameters. Het vereist ook veel rekenkracht en nauwkeurige initialisatie.

Samengevat is de SOC-waarde een belangrijke factor bij de fabricage van batterijen. De SOC-waarde heeft niet alleen te maken met het intuïtieve lichaamsgevoel van de gebruiker wanneer hij de batterij gebruikt, maar beïnvloedt ook de levensduur van de batterij of de investeringskosten van de klant om de batterij te kopen. Daarom zijn het handhaven van de SOC-waarde van de batterij binnen een aanbevolen bereik tijdens het gebruik en het in realtime bijwerken van de firmware van het batterijproduct belangrijke garanties om de levensduur van het product en de gebruikerservaring te garanderen.

Offertes

GhazelMurnane & AdelMartin. (2017). A Closer Look at State of Charge (SOC) and State of Health (SOH) Estimation Techniques for Batteries.

Minho KimKim, Jungsoo Kim,Jungwook Yu, Soohee HanKwangrae. (2018). Laadstatusschatting voor lithiumionbatterij op basis van versterking leren. ScienceDirect, pagina 404-408.

‍

Dyness Digital Energy Technology Co.

web：www.dyness.com

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

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

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