stringtranslate.com

Состояние заряда

Состояние заряда ( SoC ) количественно определяет оставшуюся емкость аккумулятора в данный момент времени и в зависимости от данного состояния старения. [1] Обычно выражается в процентах (0% = пусто; 100% = заполнено). Альтернативной формой той же меры является глубина разряда ( DoD ) , рассчитываемая как 100 — SoC (100% = пустой; 0% = полный). Это относится к количеству заряда, который может быть израсходован, если элемент полностью разряжен. [2] Состояние заряда обычно используется при обсуждении текущего состояния используемой батареи, тогда как глубина разряда чаще всего используется для обсуждения постоянного изменения состояния заряда во время повторяющихся циклов. [1] [3]

В электромобилях

В аккумуляторном электромобиле (BEV) состояние заряда указывает на оставшуюся энергию в аккумуляторной батарее . [4] Это аналог указателя уровня топлива .


Состояние заряда (SOC) может помочь снизить беспокойство владельцев электромобилей, когда они ждут в очереди или остаются дома, поскольку оно будет отражать ход зарядки и сообщать владельцам, когда он будет готов. [5] Однако на приборной панели любого автомобиля, особенно в гибридных автомобилях, уровень заряда, представленный в виде шкалы или процентного значения, может не отражать реальный уровень заряда. Заметное количество энергии может быть зарезервировано для операций гибридной работы . Примерами таких автомобилей являются Mitsubishi Outlander PHEV (все версии/годы выпуска), где 0% уровня заряда, представленного водителю, представляет собой реальный уровень заряда 20–22% (при условии, что нулевой уровень является самым низким разрешенным уровнем заряда). по производителю автомобиля). Еще один — BMW i3 REX (версия Range Extender), где около 6% SOC зарезервировано для операций, аналогичных PHEV.


Известно также, что состояние заряда влияет на старение аккумулятора. [1] [6] Чтобы продлить срок службы батареи, следует избегать экстремальных значений уровня заряда, а также предпочтительнее уменьшать интервалы колебаний. [7] [8] [9]

Определение SoC

Обычно SoC нельзя измерить напрямую, но его можно оценить на основе переменных прямого измерения двумя способами: оффлайн и онлайн. В автономных методах батарея должна заряжаться и разряжаться с постоянной скоростью, например, при счете Кулона. Этот метод дает точную оценку SoC батареи, но он занимает много времени, является дорогостоящим и нарушает работу основной батареи. Поэтому исследователи ищут некоторые онлайн-методы. [10] В целом существует пять методов косвенного определения SoC: [11] [12]

Химический метод

Этот метод работает только с батареями, имеющими доступ к жидкому электролиту , например, с негерметичными свинцово-кислотными батареями. Удельный вес электролита можно использовать для указания SoC батареи.

Ареометры используются для расчета удельного веса батареи. Чтобы найти удельный вес, необходимо отмерить объем электролита и взвесить его. Тогда удельный вес определяется как (масса электролита [г]/объем электролита [мл])/(Плотность воды, т.е. 1 г/1 мл). Чтобы найти SoC по удельному весу, необходима справочная таблица SG и SoC.

Было показано, что рефрактометрия является жизнеспособным методом непрерывного мониторинга состояния заряда. Показатель преломления электролита батареи напрямую зависит от удельного веса или плотности электролита элемента. [13] [14]

Метод напряжения

Этот метод преобразует показания напряжения батареи в SoC, используя известную кривую разряда (напряжение в зависимости от SoC) батареи. Однако на напряжение более существенно влияют ток батареи (из-за электрохимической кинетики батареи ) и температура. Этот метод можно сделать более точным, компенсируя показания напряжения поправочным членом, пропорциональным току батареи, и используя справочную таблицу зависимости напряжения холостого хода батареи от температуры.

Фактически, заявленной целью конструкции батареи является обеспечение как можно более постоянного напряжения независимо от SoC, что затрудняет применение этого метода.

Текущий метод интеграции

Этот метод, также известный как « кулоновский подсчет», рассчитывает SoC путем измерения тока батареи и его интегрирования во времени. Поскольку ни одно измерение не может быть идеальным, этот метод страдает от долговременного дрейфа и отсутствия контрольной точки: поэтому SoC необходимо регулярно калибровать, например, путем сброса SoC до 100%, когда зарядное устройство определяет, что аккумулятор полностью заряжен (одним из других описанных здесь способов).

Комбинированные подходы

Maxim Integrated рекламирует комбинированный подход по напряжению и заряду, который, как утверждается, превосходит любой из методов по отдельности; он реализован в чипах серии ModelGauge m3, таких как MAX17050, [15] [16] , которые используются, например, в устройствах Android Nexus 6 и Nexus 9 . [17]

Фильтрация Калмана

Чтобы преодолеть недостатки метода напряжения и метода интегрирования тока, можно использовать фильтр Калмана . Батарею можно смоделировать с помощью электрической модели, которую фильтр Калмана будет использовать для прогнозирования перенапряжения, вызванного током. В сочетании с подсчетом кулонов он может дать точную оценку состояния заряда. Сильная сторона фильтра Калмана заключается в том, что он способен регулировать напряжение батареи и счетчик кулонов в реальном времени. [18] [19]

Метод давления

Этот метод можно использовать с некоторыми NiMH аккумуляторами, внутреннее давление которых быстро увеличивается при зарядке аккумулятора. Чаще всего реле давления указывает, полностью ли заряжен аккумулятор. Этот метод можно улучшить, приняв во внимание закон Пейкерта , который является функцией тока заряда/разряда.


Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abc Хассини, Марван; Редондо-Иглесиас, Эдуардо; Венет, Паскаль (19 июля 2023 г.). «Данные о литий-ионных батареях: от производства к прогнозированию». Батареи . 9 (7): 385. doi : 10.3390/batteries9070385 . ISSN  2313-0105.
  2. ^ «Исследование оптимального DOD и технологии аккумуляторов для моделей гибридного производства энергии в цементной промышленности с использованием HOMER Pro | Журналы и журналы IEEE | ​​IEEE Xplore» . дои : 10.1109/ACCESS.2023.3300228 . Проверено 20 января 2024 г.
  3. ^ Саксена, Саураб; Хендрикс, Кристофер; Пехт, Майкл (30 сентября 2016 г.). «Циклическое тестирование и моделирование элементов графита/LiCoO2 в различных диапазонах заряда». Журнал источников энергии . 327 : 394–400. дои : 10.1016/j.jpowsour.2016.07.057. ISSN  0378-7753.
  4. ^ Эспедал, Ингвильд Б.; Джинасена, Асанти; Бурхейм, Одне С.; Лэмб, Джейкоб Дж. (4 июня 2021 г.). «Текущие тенденции в оценке состояния заряда (SoC) электромобилей с литий-ионными аккумуляторами». Энергии . 14 (11): 3284. doi : 10.3390/en14113284 . HDL : 11250/2758056 . ISSN  1996-1073.
  5. ^ Ся, Бичжун; Чжан, Гуаньонг; Чен, Хуэйюань; Ли, Юхэн; Ю, Чжоцзюнь; Чен, Юньчао (январь 2022 г.). «Платформа верификации алгоритма оценки SOC для литий-ионных аккумуляторов электромобилей». Энергии . 15 (9): 3221. doi : 10.3390/en15093221 . ISSN  1996-1073.
  6. ^ Чоудхури, Нилдари Рой; Смит, Александр Дж.; Френандер, Кристиан; Михеенкова Анастасия; Линдстрем, Ракель Реланд; Тирингер, Торбьёрн (15 января 2024 г.). «Влияние окна состояния заряда на деградацию элементов литий-ионных аккумуляторов Tesla». Журнал хранения энергии . 76 : 110001. doi :10.1016/j.est.2023.110001. ISSN  2352-152Х. S2CID  266404991.
  7. ^ Гролло, Себастьен; Багдади, Иссам; Гьян, Филипп; Бен-Марзук, Мохамед; Дюкло, Франсуа (24 июня 2016 г.). «Снижение емкости литий-ионных батарей при смешанном протоколе календарного/циклического старения». Всемирный журнал электромобилей . 8 (2): 339–349. дои : 10.3390/wevj8020339 . ISSN  2032-6653.
  8. ^ Редондо-Иглесиас, Эдуардо; Венет, Паскаль; Пелисье, Серж (19 февраля 2020 г.). «Моделирование старения литий-ионных аккумуляторов в электромобилях - эффекты сочетания календарного и велосипедного старения». Батареи . 6 (1): 14. doi : 10.3390/batteries6010014 . ISSN  2313-0105.
  9. ^ Викнер, Эвелина; Бьёрклунд, Эрик; Фриднер, Йохан; Бранделл, Дэниел; Тирингер, Торбьорн (01 апреля 2021 г.). «Как используемое окно SOC в коммерческих литий-ионных аккумуляторных элементах влияет на старение аккумуляторов». Журнал достижений в области источников энергии . 8 : 100054. doi : 10.1016/j.powera.2021.100054. ISSN  2666-2485.
  10. ^ Сейед Мохаммад Резванианиани; Джей Ли; Цзунчунг Лю и Ян Чен (2014). «Обзор и последние достижения в области технологий мониторинга состояния аккумуляторов и прогнозирования безопасности и мобильности электромобилей (EV)». Журнал источников энергии . 256 : 110–124. Бибкод : 2014JPS...256..110R. дои : 10.1016/j.jpowsour.2014.01.085.
  11. ^ «Определение уровня заряда аккумулятора» . www.mpoweruk.com .
  12. ^ «Счетчики и тестеры аккумуляторов».
  13. ^ С. Акчетта, Джозеф. «Применение рефрактометрии для измерения состояния заряда батареи (SOC)» (PDF) . JSA Фотоника . Проверено 20 января 2024 г.
  14. ^ Патил, Суприя С.; Лабаде, вице-президент; Кулкарни, Нью-Мексико; Шалиграм, А.Д. (11 ноября 2013 г.). «Анализ рефрактометрического оптоволоконного датчика контроля состояния заряда (SOC) свинцово-кислотных аккумуляторов». Оптик . 124 (22): 5687–5691. Бибкод :2013Optik.124.5687P. дои : 10.1016/j.ijleo.2013.04.031. ISSN  0030-4026.
  15. ^ Фуллер, Брайан. «День редактора-аналитика живого блога Максима». ЭТаймс .
  16. ^ http://www.analog-eetimes.com/en/high-accuracy-battery-fuel-gauge-maximizes-battery-capacity-and-boosts-user-confidence.html?cmp_id=7&news_id=222904749
  17. ^ «Профили мощности для Android» . Проект Android с открытым исходным кодом .
  18. ^ Чжан Дж. и Ли Дж., Обзор прогнозирования и мониторинга состояния литий-ионной батареи [1].
  19. ^ Вэй, Хэ; Николас Уилльярд; Чаочао Чен; Майкл Пехт (2013). «Оценка заряда аккумуляторов электромобилей с использованием фильтрации Калмана без запаха». Надежность микроэлектроники . 53 (6): 840–847. doi :10.1016/j.microrel.2012.11.010.