Зарядтың күйін қалай бағалауға болады?
SOC бағалауы
Батареяның заряд күйі (SOC) батареяны пайдалану кезіндегі маңызды параметрлердің бірі болып табылады. SOC заряд/разряд жылдамдығы (ағым), температура, -өздігінен разрядтау және қартаю сияқты факторларға әсер ететіндіктен, батареялар пайдалану кезінде жоғары сызықты еместігін көрсетеді, бұл SOC дәл бағалауды қиындатады.
SOC бағалау әдістері
Жиі қолданыладыSOC бағалау әдістеріразрядтық тәжірибе әдісін, ампер{0}}сағатты біріктіру әдісін, ашық{1}}тізбектегі кернеу әдісін, жүктеме кернеу әдісін, ішкі қарсылық әдісін, нейрондық желі әдісін және Кальман сүзу әдісін қамтиды.
1) Разрядтық тәжірибе әдісі. Шығару эксперименті әдісі - SOC бағалаудың ең сенімді әдісі. Ол үздіксіз разряд үшін тұрақты токты пайдаланады, ал разрядтық ток пен уақыттың көбейтіндісі қалған зарядты құрайды. Зарядтау эксперименті әдісі зертханаларда жиі қолданылады және барлық батареяларға қолданылады, бірақ оның екі маңызды кемшілігі бар: біріншіден, ол көп уақытты қажет етеді; екіншіден, батареяның жұмысы үзілуі керек. Разрядтық эксперимент әдісі қозғалыстағы электр көліктері үшін жарамсыз, бірақ оны электрлік көліктердің аккумуляторларына қызмет көрсету үшін пайдалануға болады.
2)Ампер{1}}сағат интегралдау әдісі. Ампер{3}}сағат интегралдау әдісі ең жиі қолданылатын SOC бағалау әдісі болып табылады. Дегенмен, бұл әдістің келесі проблемалары бар: дәл еместокты өлшеуSOC есептеуінің ауытқуына әкеледі, ал қателер уақыт өте келе жинақталып, үлкенірек болады; зарядтау-батареяның зарядсыздану тиімділігін ескеру қажет; қателер жоғары{1}}температура жағдайында немесе батарея қатты өзгергенде үлкенірек болады. Дәл емес токты өлшеуді жоғары-өнімді ток датчиктерін пайдалану арқылы шешуге болады, бірақ құны артады; зарядтың-разрядының тиімділігін шешу эксперименттік деректердің үлкен көлемін меңгеруді және заряд-разряд тиімділігінің эмпирикалық формулаларын орнатуды талап етеді. Ампер{7}}сағат біріктіру әдісін барлық электрлік көлік батареялары үшін қолдануға болады. Ағымдағы өлшеу дәл болса және бастапқы бағалау күйі үшін жеткілікті деректер болса, бұл қарапайым және сенімді SOC бағалау әдісі болуы мүмкін.
3) Ашық{1}}тізбектегі кернеу әдісі. Батареяның зарядсыздану соңындағы -ашық тізбектегі кернеуі батареяның электр қозғаушы күшіне жақын. Кобальт{5}}қышқылды аккумулятордың электр қозғаушы күші электролит концентрациясының функциясы болып табылады, ол аккумулятордың зарядсыздануымен пропорционалды түрде төмендейді, сондықтан ашық тізбектегі кернеуді SOC бағалау үшін пайдалануға болады. MH/Ni аккумуляторлары мен литий{9}}иондық батареялар үшін ашық{8}}тізбектегі кернеу мен SOC қатынасының сызықтылығы кобальт-қышқылды батареялардағыдай жақсы емес, бірақ олардың сәйкес қатынасы әлі де SOC мәнін бағалау үшін пайдаланылуы мүмкін, әсіресе зарядтаудың басында және соңында жақсы нәтижелер береді. Ашық тізбектегі кернеу әдісінің елеулі кемшілігі: кернеуді тұрақтандыру үшін батарея ұзақ уақыт демалуы керек және батарея күйінің жұмыстан тұрақтылыққа дейін қалпына келуі үшін бірнеше сағат немесе тіпті он сағаттан астам уақыт қажет, бұл өлшеу кезінде белгілі бір қиындықтарды тудырады; Қанша уақыт демалу керектігін анықтау да проблема болып табылады, сондықтан бұл әдіс жалғыз пайдаланған кезде тек тұрақтағы электр көліктері үшін жарамды. Ашық тізбектегі кернеу әдісі зарядтаудың басында және соңында жақсы SOC бағалау өнімділігімен-болады және жиі амперлік сағатты біріктіру әдісімен бірге қолданылады.
4) Жүктеме кернеуі әдісі. Лездік разряд басталған кезде кернеу ашық-тізбектегі кернеу күйінен жүктеме кернеуі күйіне жылдам өзгереді. Батареяның жүктеме тогы тұрақты болған кезде, жүктеме кернеуінің SOC көмегімен өзгеру үлгісі SOC бар ашық тізбектегі кернеуге ұқсас болады. Жүктеме кернеуі әдісінің артықшылығы - ол нақты уақытта аккумулятор жинағының SOC мәнін бағалай алады және тұрақты ток разряды кезінде жақсы нәтиже береді. Практикалық қолданбаларда жүргізушінің аккумуляторлық кернеуі жүктеме кернеуін пайдалануда қиындықтар туғызады. Бұл мәселені шешу үшін аккумулятор кернеуінің деректерінің, тәуелсіз динамикалық жүктеме кернеуінің және SOC-тың математикалық моделі қажет; сондықтан жүктеме кернеуі әдісі нақты көліктерге сирек қолданылады, бірақ көбінесе аккумулятордың заряды-разрядын тоқтату критерийі ретінде пайдаланылады.
5) Ішкі қарсылық әдісі. Аккумулятордың ішкі кедергісі айнымалы токтың ішкі кедергісі және тұрақты токтың ішкі кедергісі болып бөлінеді, олардың екеуі де SOC (Зарядтау күйі) -мен тығыз байланысты. Батареяның айнымалы ток кедергісі – батарея кернеуі мен ток арасындағы тасымалдау функциясы, батареяның айнымалы токқа кедергісін білдіретін күрделі айнымалы және айнымалы ток импедансын өлшегіш көмегімен өлшенеді. Батареяның айнымалы ток кедергісіне температура қатты әсер етеді; оны аккумулятор біткеннен кейін немесе зарядтау және разрядтау кезінде ашық-контейнер күйінде өлшеу керектігі даулы және нақты көліктерде сирек қолданылады. Тұрақты токтың ішкі кедергісі аккумулятордың тұрақты токқа төзімділігін білдіреді, бұл батарея кернеуінің өзгеруінің өте қысқа уақыт аралығындағы токтың өзгеруіне қатынасына тең. Нақты өлшеу кезінде батарея ашық тізбек күйінен бастап тұрақты токпен зарядталады немесе разрядталады; жүктеме кернеуі мен ашық тізбектегі кернеу арасындағы ағымдағы мәнге бөлінген сол уақыттағы - айырым тұрақты токтың ішкі кедергісі болып табылады. Қорғасын қышқылды батареялар үшін тұрақты токтың ішкі кедергісі разрядтың кейінгі кезеңдерінде айтарлықтай артады және батареяның SOC мәнін бағалау үшін пайдаланылуы мүмкін; MH/Ni аккумуляторлары мен литий-иондық батареялардың тұрақты токтың ішкі кедергісі қорғасын қышқылды батареялардан ерекшеленеді және ол азырақ қолданылады. Тұрақты токтың ішкі кедергісінің шамасына есептеу уақыт кезеңі әсер етеді. Уақыт кезеңі 10 мс-ден аз болса, тек омдық ішкі кедергіні анықтауға болады; уақыт кезеңі ұзағырақ болса, ішкі қарсылық күрделене түседі. Бір ұяшықтың ішкі кедергісін дәл өлшеу қиын, бұл тұрақты токтың ішкі кедергісі әдісінің кемшілігі. Ішкі қарсылық әдісі батареяның зарядсыздануының кейінгі кезеңдеріндегі заряд күйін (SOC) бағалауға жарамды және оны ампер{18}}сағат біріктіру әдісімен бірге пайдалануға болады.
6) Нейрондық желі әдісі. Батарея өте сызықты емес жүйе және оны зарядтау -разрядтау процесінің нақты математикалық моделін жасау қиын. Нейрондық желілер негізгі сызықтық емес сипаттамаларға, параллель құрылымға және оқу мүмкіндігіне ие. Олар сыртқы қозулар үшін сәйкес шығыстарды шығара алады және осылайша SOC бағалау үшін батареяның динамикалық сипаттамаларын модельдей алады. Әдеттегідей 3-қабатты нейрондық желі батареяның SOC-ын бағалау үшін қолданылады: кіріс және шығыс қабаттарындағы нейрондардың саны мәселенің өзекті талаптарымен анықталады және әдетте сызықтық функция болып табылады; жасырын қабаттағы нейрондардың саны мәселенің күрделілігіне және қажетті талдау дәлдігіне байланысты. Батареяның SOC мәнін бағалау үшін жиі қолданылатын кіріс айнымалылары кернеуді, токты, жинақталған разрядталған сыйымдылықты, температураны, ішкі кедергіні және қоршаған орта температурасын қамтиды. Нейрондық желіні енгізу айнымалы мәндерін таңдау орынды ма және айнымалылар саны дұрыс па үлгінің дәлдігіне және есептеу жүктемесіне тікелей әсер етеді. Нейрондық желі әдісі әртүрлі батареяларға қолданылады, бірақ оның кемшілігі оқыту үшін анықтамалық деректердің үлкен көлемін қажет етеді, ал бағалау қатесіне оқу деректері мен оқыту әдісі қатты әсер етеді.
7) Кальман сүзгі әдісі. Кальман сүзгі теориясының негізгі идеясы ең аз дисперсия мағынасында динамикалық жүйе күйінің оңтайлы бағасын жасау болып табылады. Батареяны SOC бағалауына қолданғанда, батарея динамикалық жүйе ретінде қарастырылады және SOC оның ішкі күйлерінің бірі болып табылады. Батареяның SOC деңгейін бағалау үшін Калман сүзгі әдісін зерттеу соңғы жылдары ғана басталды. Бұл әдіс әртүрлі аккумуляторлар үшін қолайлы және басқа әдістермен салыстырғанда, әсіресе токтың үлкен ауытқулары бар электр көліктерінің аккумуляторлық жинақтарын SOC бағалау үшін қолайлы. Ол SOC бағасын ғана емес, сонымен қатар SOC бағалау қатесін береді. Бірақ бұл әдістің кемшілігі алгоритм тым күрделі және жүйенің жоғары есептеу мүмкіндігін қажет етеді, сондықтан ол практикалық кезеңге әлі кірген жоқ.
Әртүрлі SOC бағалау әдістерін-терең зерттеу арқылы бастапқыда ампер{1}}сағаттық интеграция әдісі негіз ретінде таңдалды. Ашық тізбектегі кернеу әдісімен біріктірілген аккумулятордың ток күшін дәл өлшеу арқылы және аккумулятордың заряды-разрядының тиімділігі, температура, қартаю және -өздігінен зарядсыздану сияқты факторларды ескере отырып, таза электрлік көліктердің қуат батареясын динамикалық басқаруға қол жеткізіледі. Таза электрлік көліктер үшін аккумуляторлар жинағы негізінен толық зарядталған-және толық{8}}разрядталған күйде жұмыс істейді, зарядтау процесінің көп бөлігі тұрақты{9}}ағымдағы зарядталады. Зарядтау аяқталғаннан кейін салыстырмалы түрде тұрақты бастапқы мәнді анықтау нүктесі бар (зарядтау аяқталғанда, SOC 100% немесе сәл артық зарядталған). Батарея жинағының зарядсыздану тиімділігі-өте жоғары (95%-дан жоғары) болса, зарядтың{15}}разрядының тиімділігін 1-ге жуықтап немесе белгілі бір тұрақты мәнге теңестіруге болады. SOC есептеу үшін осы әдісті қолдану салыстырмалы түрде жақсы нәтижелерге қол жеткізуге болады. Әрбір зарядтау циклінің жинақталған қатесі{19}}негізінен келесі зарядтау және бастапқы SOC мәнін қайта калибрлеу аяқталғанда жойылады.
SOC бағалау кірістерінің дәлдігін қамтамасыз ету үшін батарея кернеуін, ток және температура ақпаратын жоғары-дәлдікпен өлшеу арқылы; тәжірибелік деректерді теориялық талдау және сәйкестендіру арқылы тиімді батарея моделін құру арқылы; жинақталған SOC қателіктерін жою үшін зарядтау және разряд соңында SOC түзету арқылы; және батарея зарядының-разрядының тиімділігі факторларын, температураны, қартаюды және өздігінен{2}}разрядталу әсерлерін ескере отырып, жүйенің SOC деңгейін жоғары-дәлдікпен бағалауға қол жеткізіледі. Батарея күйін-бағалау-алгоритмі 17-12-суретте көрсетілген.
(1) SOC бастапқы мәнін есептеу әдісіSOC бастапқы мәні қуат өшірілгенде сақталған SOC- және температура -OCV-SOC іздеу кестесінен алынған SOC жүйесін желіден тыс уақытқа қатысты коэффициентке көбейту арқылы алынады. SOC бастапқы мәнін жүйе қосылған сайын оқу керек.
(2) Жеке ұяшықтардың SOC мәнін есептеу және SOH мәніне негізделген жеке ұяшықтардың SOC мәнін түзетуБатарея сыйымдылығы температура мен зарядтау тогын пайдаланып кестені іздеу арқылы алынады, ал батарея сыйымдылығы SOH көмегімен кестені іздеу арқылы түзетіледі. Ток ампер{1}}сағат әдісі арқылы біріктіріліп, содан кейін SOC өзгеру мәнін алу үшін сыйымдылыққа бөлінеді. Жеке ұяшықтың SOC мәнін алу үшін SOC өзгерту мәні бастапқы мәнге қосылады.
(3) SOC батареялар жинағын есептеуЖүйе қайта қосылса, оқылатын SOC бастапқы мәні батарея жинағы SOC ретінде қабылданады; егер зарядсыздану күйінде болса, батарея жинағы SOC жеке ұяшықтар SOC арасындағы ең аз мәнді оқиды; егер зарядтау күйінде болса және зарядтау аяқталмаса, SOC батарея жинағы SOC модулінің максималды мәнін оқиды; егер зарядтау күйінде болса және зарядтау аяқталса, батарея жинағы SOC 1-ге орнатылады.
(4)Зарядтау/разряд соңында жеке ұяшықты SOC түзету әдісіЖүйе зарядталып жатқан күйде болса және аккумулятор жинағы SOC 0,8-ден үлкен болса, жүйе зарядтаудың соңында деп анықталады; егер жүйе зарядсыздану күйінде болса және батарея жинағы SOC 0,3-тен аз болса, жүйе зарядсызданудың соңында деп анықталады. Жүйе зарядтаудың/разрядтың соңында болса, SOC түзету қажет. Заряд/разрядтың соңындағы SOC есептеу әдісі температураны, зарядтау/разряд тогын және кернеуді пайдаланып кестені іздеу арқылы SOC мәнін алу болып табылады.
