Definition, Maß und Berechnungsmethode von wichtigen Parametern der Energiebatterie
eine Zusammenfassung
Dieses Dokument wird hauptsächlich erstellt, um das interne r- u. d-Personal der Firma zu zu erleichtern einige wichtige Kennwerte der Batterie und seiner Maß- und Berechnungsmethoden schneller und offenbar zu verstehen. Es schließt hauptsächlich den Ladezustand Soc des Machtkörperverletzungs-, Körperverletzungsgesundheitszustandes SOH, des Innenwiderstandes R, des etc. ein.
Dieses Dokument bezieht hauptsächlich sich die nationalen Standards und die Industriestandards von Energiebatterien sowie auf etwas maßgebende Informationen im Internet und wird im Verbindung mit ihrer eigenen Berufserfahrung kompiliert.
zwei Soc Körperverletzungsladezustand und seine Schätzungsmethode
Definition 2,1 von Soc der Batterie
Die Soc der Batterie wird benutzt, um die restliche Energie der Batterie zu reflektieren, die als der Prozentsatz der gegenwärtigen verfügbaren Kapazität in der Anfangskapazität definiert wird (nationaler Standard).
Die amerikanische moderne Batterie-Vereinigung (usabc) definiert Soc im Elektro-Mobil-Batterie-Experimenthandbuch, wie folgt: das Verhältnis der restlichen Batteriekapazität zur Nennkapazität unter den gleichen Bedingungen unter der spezifizierten Entladungsrate.
SOC=QO/QN
Honda-Elektro-Mobil (EV plus) definiert Soc, wie folgt:
Soc = Restkapazität/(Nennkapazitätskapazitätskapazitäts-Verminderungsfaktor)
Wo Restkapazität = Nennkapazität - Netzentladung - Selbstentladung - Temperaturausgleich
Die restliche Energie der Energiebatterie ist der Hauptfaktor, der die Driving-Range beeinflußt und Leistung des Elektro-Mobils fährt. Genaue Soc-Schätzung kann die Energieeffizienz der Batterie verbessern und die Nutzungsdauer der Batterie ausdehnen, um das bessere Fahren des Elektro-Mobils sicherzustellen. Gleichzeitig ist Soc auch eine wichtige Basis zur Körperverletzungsvorwurfs- und -entladungssteuerung und zur Körperverletzungsbalance.
In der praktischen Anwendung müssen wir den Schätzungsalgorithmus der Batterie Soc entsprechend dem messbaren Wert der Batterie verwirklichen, wie Spannung und gegenwärtig, kombiniert mit den Beeinflussungsfaktoren der Batterie intern und externer Grenze (Temperatur, Leben, etc.). Jedoch liegt Soc an seinem internen Arbeitsbereich und an externen Faktoren nichtlineares, also müssen diese Probleme überwunden werden, um einen guten Soc-Schätzungsalgorithmus zu erzielen. Zur Zeit ist die Schätzung der Batterie Soc im In- und Ausland teilweise an, wie Amperestundenmethode, Innenwiderstandmethode, Spannungsmethode des offenen Stromkreises und so weiter ausführen verwirklicht worden und angewendet worden. Die allgemeine Eigenschaft dieser Algorithmen ist, dass sie einfach einzuführen sind, aber Rücksichtslosigkeit der internen und externen Beeinflussungsfaktoren in den tatsächlichen Arbeitsbedingungen führt zu schlechte Anpassungsfähigkeit, die schwierig ist, die Bedingungen von BMS für die ununterbrochene Verbesserung der Schätzungsgenauigkeit zu erfüllen. Deshalb nachdem man der Ansicht gewesen hat, dass Soc durch viele Faktoren beeinflußt wird, werden mehr komplexe Algorithmen, wie Kalman-Filter-Algorithmus, Algorithmus des neuralen Netzes, flockiger Schätzungsalgorithmus und andere neue Algorithmen vorgeschlagen. Verglichen mit den vorhergehenden traditionellen Algorithmen, haben sie eine große Menge der Berechnung, aber höhere Genauigkeit. Unter ihnen hat Kalman-Filter eine gute Leistung in der Berechnungsgenauigkeit und -anpassungsfähigkeit.
zwei Punkt zwei Einleitung einiger Soc-Schätzungs-Algorithmen
(1) Amperestundenmethode
Amperestundenmethode, alias gegenwärtige Integrationsmethode, ist auch die Basis für die Berechnung der Batterie Soc. Annehmendes, dass der Anfangs-Soc-Wert der gegenwärtigen Batterie ist, soc0, nach der T-malen Aufladung oder der Entladung, die Soc, ist:
Q0 ist die Nennkapazität der Körperverletzung, und ich (T) bin der Körperverletzungsvorwurf und der Entladestrom (Entladung ist positiv).
Tatsächlich wird Soc als der Ladezustand der Körperverletzung definiert, und der Ladezustand der Körperverletzung ist das Integral des Körperverletzungsstroms, also in der Theorie, ist die Amperestundenmethode das genaueste. Gleichzeitig zu verwirklichen ist auch einfach. Es muss nur den Aufladungsund Entladungsstrom der Körperverletzung und Zeit messen. In der praktischen Technikanwendung ist die getrennte Berechnungsformel, wie folgt:
In der tatsächlichen Arbeit der Batterie, wird die Amperestundenmethode angewendet, um die Soc zu berechnen. Die Messfehler- und Geräuschinterferenzen beeinflussen die Maßergebnisse, also kann die Soc nicht richtig geschätzt werden (Faktoren wie Selbstentladung und Temperatur werden nicht betrachtet). Gleichzeitig kann der Anfangs-Soc-Wert der Batterie nicht durch die Amperestundenmethode erhalten werden. Normalerweise verwendet die Amperestundenmethode den Soc-Wert, der durch den letzten Körperverletzungsvorwurf und -entladung als der Anfangswert für die folgende Berechnung festgelegt wird, aber diese macht den Soc-Fehler, ununterbrochen anzusammeln. Deshalb in der praktischen Technik, wird Amperestundenmethode im Allgemeinen als die Basis anderer Algorithmen angewendet oder kombiniert mit anderen Algorithmen für Schätzung.
(2) Spannungsmethode des offenen Stromkreises
Es gibt ein bestimmtes Funktions-Verhältnis zwischen der elektromotorischen Kraft der Lithium-Ionen-Batterie und der Soc der Batterie. Deshalb kann der Soc-Wert der Batterie erhalten werden, indem man die Spannung des offenen Stromkreises misst. Um den genauen Wert der elektromotorischen Kraft der Batterie durch die Spannungsmethode des offenen Stromkreises zu erhalten zuerst muss die Batterie für einen bestimmten Zeitraum stehen. Diesmal kann der Wert der Spannung des offenen Stromkreises (OCV) betrachtet werden, um seinem Wert der elektromotorischen Kraft gleich zu sein. Auf diese Art kann die elektromotorische Kraft der Batterie erhalten werden und die Soc der Batterie kann erreicht werden. Die Kurve Soc-ocv des Lithium-Batterie-Vorwurfs und -entladung wird durch Experimente erreicht, und dann werden die Soc-Werte von verschiedenen Spannungen des offenen Stromkreises entsprechend der Kurve Soc-ocv gefragt.
Die Spannungsmethode des offenen Stromkreises erfordert die Batterie, noch für einen bestimmten Zeitraum zu stehen, um den Fehler zu beseitigen, der durch externe Faktoren verursacht wird, der nicht für das Realzeitmaß der Batterie Soc passend ist. Darüber hinaus ist die Änderung der Spannung des offenen Stromkreises der Batterie Soc im Mittelteil, mit dem Ergebnis des großen Maßes und des Schätzungsfehlers mittlerer Soc sehr klein.
(3) Kalman-Filter-Methode
Kalman-Filter-Methode verwendet das Wissen der System- und Maßdynamik, die statistischen Eigenschaften von angenommenen Systemgeräuschen und von Messfehler und die Informationen von Anfangsbedingungen, um die Messwerte zu verarbeiten und die minimale Fehlerschätzung des Systemzustandes zu erreichen. Der Batteriesatz für Elektro-Mobil kann als ein dynamisches System angesehen werden, das aus Input und Ertrag besteht. Auf der Voraussetzung des Verständnisses etwas früheren Wissens des Systems, wird die Zustandsparametergleichung des Systems hergestellt, und dann wird die interne Parameterschätzung des Systems, einschließlich den Ladezustand, der nicht direkt gemessen werden kann, erreicht, indem man die Überprüfungsfunktion des Ertrages verwendet. Basiert auf dem vorbildlichen oder elektrochemischen Modell des Ersatzschaltbildes der Körperverletzung, werden die Zustandsgleichung und die Maßgleichung des Systems hergestellt. Entsprechend den Entladungstestdaten des Körperverletzungssatzes, wird die Spannung des offenen Stromkreises des Körperverletzungssatzes durch Kalman-Filter-Algorithmus geschätzt, um die Schätzung von Körperverletzungsladezustand zu verwirklichen. Sein Vorteil ist, dass die Schätzung der minimalen Abweichung von Soc durch rekursive Methode entsprechend der gesammelten Spannung erreicht werden kann und gegenwärtig, um die Probleme der ungenauen Schätzung Soc-Anfangswertes und des kumulativen Fehlers zu lösen; Der Nachteil ist, dass er vom Körperverletzungsmodell in hohem Grade abhängig ist und hohe Geschwindigkeit des Systemprozessors erfordert.
3. Definition und Berechnung des Batteriegesundheitszustandes (soh)
Definition 3,1 des Batteriegesundheitszustandes SOH
Die Standarddefinition der Batterie SOH ist das Verhältnis der Kapazität, die durch die Energiebatterie vom vollen Zustand zur Abkürzungsspannung mit einer bestimmten Rate unter Normalbedingungen zu seiner entsprechenden Nennleistung freigegeben wird (tatsächliche Anfangskapazität). Dieses Verhältnis ist eine Reflexion des Gesundheitszustandes der Batterie.
Kurz gesagt, das Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Wert und dem Nennwert einiger direkt messbarer oder indirekt berechneter Leistungsparameter, nachdem die Batterie für einen bestimmten Zeitraum benutzt ist, die benutzt wird, um den Staat nach der Abnahme der Batteriegesundheit zu beurteilen und den Gesundheitsgrad an der Batterie zu messen. Seine Ist-Leistung ist die Änderung einiger Parameter innerhalb der Batterie (wie Innenwiderstand, Kapazität, etc.). Deshalb gibt es einige Methoden, zum von Batteriegesundheitsstaat SOH entsprechend charakteristischer Quantität der Batterie zu definieren:
(1) definieren SOH aus der Perspektive der restlichen Batteriekapazität:
SOH=Qaged/Qnew
Wo qaged die maximale verfügbare Energie der Batterie und qnew ist die Höchstleistung, wenn die Batterie nicht verwendet ist.
(2) definieren SOH aus der Perspektive der Batteriekapazität:
SOH=CM/CN
Wo cm ist, ist die gegenwärtige gemessene Kapazität der Batterie und der KN die Nennleistung der Batterie.
(3) definieren SOH aus der Perspektive des Batterieinnenwiderstandes:
SOH= (REOL-R)/(REOL-Rnew)
Unter ihnen ist reol der Innenwiderstand der Batterie am Ende seiner Nutzungsdauer, ist RNew der Innenwiderstand der Batterie, wenn es die Fabrik verlässt, und R ist der Innenwiderstand der Batterie in seiner gegenwärtigen Lage.
Anmerkung: die oben genannte Formel, zum von SOH von der restlichen Batteriekapazität oder von der Batteriekapazität zu definieren ist nicht die tatsächliche Berechnungsformel von SOH, aber eine Definitionsmethode d.h. diese Definitionsmethode hat eine einzigartige entsprechende Funktion, zum dem tatsächlichen SOH zu entsprechen. Zum Beispiel basiert auf der Kapazität der einzelnen Batterie, kann SOH durch die folgende Formel wirklich berechnet werden:
SOH= (CM-CEOL)/(CN-CEOL)
Wo ceol die Kapazität am Ende der Batteriedauer (Verschrottung) ist, die eine Konstante ist. Die Berechnungsformel von SOH oben ist wirklich mit der Definition in (2) gleichwertig. Das Folgen ist eine einfache Ableitung:
Gelassen SOH = cm/KN = x in Definition, SOH = (cm-ceol)/(KN-ceol) = y in Berechnung Formel, annehmend ceol = PCN, dann y = (XcnpCN)/(KN - PCN) = (X-P)/(1-p) ist d.h. y eine Funktion (lineares Verhältnis) über X, in dem p eine Konstante ist.
3,2 mehrere allgemeine SOH-Schätzungsmethoden
(1) komplette Entladungsmethode
Der Test der vollen Entlastung erfordert einen Zyklus der vollen Entlastung der Batterie, und dann wird die Entladungskapazität mit der Nennleistung der neuen Batterie geprüft und verglichen. Diese Methode wird als die zuverlässigste Methode zur Zeit erkannt, aber seine Nachteile liegen auch auf der Hand. Sie erfordert Offlinebatterietest und lange Testzeit. Nach dem Test muss die Batterie neugeladen werden.
(2) Innenwiderstandmethode
SOH-Schätzung wird durchgeführt, indem man das Verhältnis zwischen Innenwiderstand und SOH aufbaut. Viele Studien zeigen, dass es ein bestimmtes entsprechendes Verhältnis zwischen Batterieinnenwiderstand und SOH gibt. Mit dem Anstieg der Batterieservice-Zeit erhöht sich der Innenwiderstand der Batterie, und die verfügbare Energie der Batterie verringert sich gleichzeitig. SOH-Schätzung wird durch diesen Punkt durchgeführt.
Diese Methode hat auch Nachteile: viele Studien haben gezeigt, dass der ohmsche Innenwiderstand der Batterie erheblich wenn die Batteriekapazitätsabnahmen bis das ursprüngliche 70% - das 80% ändert, die möglicherweise zu dem allgemeinen 80% ziemlich unterschiedlich sind. Gleichzeitig ist der Innenwiderstand der Batterie ein Milliohmwert, und sein genaues on-line-Maß ist auch eine Schwierigkeit.
(3) elektrochemische Widerstandmethode
Dieses ist eine komplexere Methode. Indem wir mehrfache Sinussignale mit verschiedenen Frequenzen auf die Batterie zutreffen, und dann die gesammelten Daten entsprechend der flockigen Theorie analysieren, können wir die Eigenschaften der Batterie erreichen und die Leistung der gegenwärtigen Batterie voraussagen. Unter Verwendung dieser Methode erfordert viel Widerstand und Widerstandspektrum bezog sich Theorien und teure Ausrüstung, also wird es nicht vorläufig empfohlen.
4. Batterieinnenwiderstand R
Der Innenwiderstand der Batterie ist sehr klein. Wir definieren ihn normalerweise im Milliohm (m Ω). Innenwiderstand ist ein wichtiges Sachwortverzeichnis, zum von Batterieleistung zu messen. Unter normalen Umständen hat die Batterie mit kleinem Innenwiderstand die starke hohe gegenwärtige Entladungskapazität, und die Batterie mit großem Innenwiderstand hat die schwache Entladungskapazität.
Der Innenwiderstand der Batterie umfasst ohmschen Innenwiderstand (R Ω) und elektrochemischen Polarisationsinnenwiderstand (BEZÜGLICH). Für Lithium-Ionen-Batterien umfasst der ohmsche Innenwiderstand (R Ω) der Batterie hauptsächlich den Widerstand, der durch den Widerstand gebildet wird, wenn Lithiumionen durch den Elektrolyt, den Membranwiderstand, den Widerstand an der Elektrolytelektrodenschnittstelle und den Widerstand des Kollektors überschreiten (kupferne Aluminiumfolie, Elektrode), usw.; Elektrochemischer Polarisationswiderstand (RE) umfasst Polarisationswiderstand und Konzentrationspolarisationswiderstand bei Lithiumioneneinschiebung, de intercalation und Ionendiffusion und -übertragung.
Ohm'scher Innenwiderstand (R Ω) befolgt das Gesetz des Ohms und elektrochemischen Polarisationsinnenwiderstand (RE) befolgt nicht das Gesetz des Ohms. Verschiedene Arten von Batterien haben unterschiedlichen Innenwiderstand. Der Innenwiderstand der gleichen Art der Batterie liegt auch an der Inkonsequenz von internen chemischen Eigenschaften unterschiedliches. Darüber hinaus ändert die Soc, Re und so weiter mit der Temperatur der Batterie (darüber hinaus, Soc, bezüglich und so weiter).
Zur Zeit umfasst das Maß des Batterieinnenwiderstandes hauptsächlich DC-Prüfmethode und Wechselstrom-Prüfmethode, die beziehungsweise den Wechselstrom-Innenwiderstand und DC-Innenwiderstand der Batterie messen. Wegen des kleinen Innenwiderstandes der Batterie, wenn er den DC-Innenwiderstand, der Polarisationsinnenwiderstand liegt erzeugtes an der Polarisation der Elektrodenkapazität misst, also seines wahren Werts kann nicht gemessen werden; Das Maß von Wechselstrom-Innenwiderstand kann den Einfluss des Polarisationsinnenwiderstandes vermeiden und den wirklichen internen Wert (hauptsächlich ohmschen Innenwiderstand) erhalten.
DC-Entladungsinnenwiderstandmessverfahren: entsprechend körperlicher Formel R= Δ V Δ 1. Das Testgerät lässt die Batterie ein großes konstantes DC führen, das in einer kurzen Zeit gegenwärtig ist (zur Zeit, wird der große Strom von 40a-80a im Allgemeinen benutzt), im Maß die Spannungsänderung an beiden Enden der Batterie diesmal und berechnet den gegenwärtigen Innenwiderstand der Batterie entsprechend der Formel. Diese Methode wird richtig gesteuert und die Genauigkeit kann innerhalb 0,1% gesteuert werden, aber sie hat auch offensichtliche Mängel: (1) kann sie Batterien der großen Kapazität nur messen, und Kleinkapazitätsbatterien können solch einen großen Strom nicht laden; (2) wenn die Batterie durch einen großen Strom überschreitet, tritt Polarisation innerhalb der Batterie, mit dem Ergebnis des Polarisationsinnenwiderstandes auf. Deshalb muss die Maßzeit Kurzschluss sehr sein, andernfalls ist der Fehler des gemessenen Innenwiderstandwertes sehr groß.
Wechselstrom-Innenwiderstandtest benutzt im Allgemeinen spezielle Prüfgeräte, und sein Methodenprinzip ist, wie folgt: unter Verwendung der Eigenschaften, dass die Batterie mit einem aktiven Widerstand gleichwertig ist, treffen Sie ein Wechselstrom-Signal mit Festfrequenz- und örtlich festgelegtem Strom auf die Batterie (zur Zeit, werden Frequenz 1kHz und kleiner Strom 50mA im Allgemeinen benutzt), zu und probieren Sie dann seine Spannung, korrigieren nach einer Reihe Verarbeitung wie Entstörung, der Innenwiderstand der Batterie wird berechnet durch den Operationsverstärkerstromkreis. Wechselstrom-Innenwiderstandprüfmethode hat die folgenden Eigenschaften: (1) kann sie fast alle Batterien, einschließlich Kleinkapazitätsbatterien messen und wird nicht zu viel Schaden der Batterie selbst verursachen; (2) möglicherweise die Genauigkeit wird gestört durch Kräuselung/harmonischen Strom, der hohe Entstörungsfähigkeit des Messgerätstromkreises erfordert; (3) unfähig, online in der Realzeit zu messen.
5. Selbstentladungsratentest der Energiebatterie
Die Selbstentladung der Körperverletzung ist alias die Vorwurfstragfähigkeit. Sie bezieht sich die Tragfähigkeit des auf gespeicherten Stroms der Körperverletzung unter bestimmten Umweltbedingungen im Zustand des offenen Stromkreises (oder des Verlustes der chemischen Energie verursacht durch interne spontane Reaktion). Im allgemeinen ist Selbstentladung durch KörperverletzungsHerstellungsverfahren, Materialien und Lagerbedingungen hauptsächlich betroffen.
Anfangskapazität = [- nach Entladungskapazität × Haltezeit] × 100%
Im Allgemeinen das niedriger die Lagertemperatur der Batterie, das niedriger die Selbstentladungsrate. Jedoch sollte es gemerkt werden, dass zu niedrig oder auch hohe Temperatur möglicherweise Schaden der Batterie verursachen und macht ihn unbrauchbar. Im allgemeinen erfordern herkömmliche Batterien einen Lagertemperaturbereich von - 20 | ℃ 45. Nachdem die Batterie völlig in offenen Stromkreis für einen bestimmten Zeitraum aufgeladen und gelegt ist, ist ein bestimmter Grad an Selbstentladung ein normales Phänomen. Verglichen mit anderen Arten Batterien, ist die Selbstentladungsrate der Lithium-Ionen-Batterie noch unbedeutend, und die meisten des Kapazitätsverlustes können wieder hergestellt werden, der durch die Struktur der Lithium-Ionen-Batterie bestimmt wird. Jedoch unter ungeeigneter umgebender Temperatur, überrascht die Selbstentladungsrate der Lithium-Batterie noch, die eine große Auswirkung auf die Nutzungsdauer der Batterie hat. Gleichzeitig ist die Inkonsequenz der Selbstentladung der einzelnen Batterie ein wichtiger Faktor, der die Übereinstimmung des Batteriesatzes beeinflußt. Der Unterschied der Selbstentladung ist groß, und die Inkonsequenz der Batterie wird schnell bei Gebrauch reflektiert.
6. Temperatureigenschaften
Die Kapazität, der Innenwiderstand des Vorwurfs und der Entladung und die Spannung des offenen Stromkreises der Machtkörperverletzung werden durch Temperatur beeinflußt.
(1) hat die umgebende Temperatur einen großen Einfluss auf die Kapazität der Lithiumeisen-Phosphatbatterie. Die Kapazität verfällt schnell bei der niedrigen Temperatur und erhöht sich schnell an einem bestimmten Temperaturanstieg, aber seine Änderungsrate ist kleiner als die bei der niedrigen Temperatur. Über einer bestimmten Strecke hinaus verfällt die Kapazität mit dem Anstieg der Temperatur.
(2) liegt der Einfluss der umgebenden Temperatur auf den ohmschen Innenwiderstand und Gesamtinnenwiderstand der Batterie auf der Hand. Im Allgemeinen das niedriger die Temperatur, das größer der Innenwiderstand. Der ohmsche Innenwiderstand ist für Temperatur als der Polarisationsinnenwiderstand empfindlicher, und die Änderung des ohmschen Innenwiderstandes ist für niedrige Temperatur empfindlicher.
(3) hat die Kurve Soc-ocv der Batterie wenig Unterschied bei den verschiedenen Temperaturen. Das niedriger die Temperatur, das niedriger die Kurve Soc-ocv. Und die Abweichungsgeschwindigkeit der Kurve ist bei der niedrigen Temperatur größer.
