Kuidas hinnata laetuse taset?
SOC hinnang
Aku laetuse olek (SOC) on aku kasutamise ajal üks olulisemaid parameetreid. Kuna SOC-i mõjutavad sellised tegurid nagu laadimis-/tühjenemiskiirus (vool), temperatuur, isetühjenemine ja vananemine, ilmnevad akud kasutamise ajal suure mittelineaarsuse tõttu, mis muudab SOC täpse hindamise keeruliseks.
SOC hindamismeetodid
Tavaliselt kasutatavSOC hindamismeetodidhõlmavad tühjenduskatse meetodit, amper-tunni integreerimise meetodit, avatud-ahela pinge meetodit, koormuspinge meetodit, sisetakistuse meetodit, närvivõrgu meetodit ja Kalmani filtreerimismeetodit.
1) Tühjenduskatse meetod. Tühjenduskatse meetod on kõige usaldusväärsem SOC-i hindamise meetod. See kasutab pidevaks tühjenemiseks konstantset voolu ning tühjendusvoolu ja aja korrutis on järelejäänud laeng. Tühjenemiskatse meetodit kasutatakse sageli laborites ja see on rakendatav kõikidele patareidele, kuid sellel on kaks olulist puudust: esiteks, see nõuab palju aega; teiseks tuleb aku töö katkestada. Tühjenemiskatse meetod ei sobi liikuvatele elektrisõidukitele, kuid seda saab kasutada elektrisõidukite akude hooldamiseks.
2) Amper{1}}tunni integreerimise meetod. Amper-hour integreerimismeetod on kõige sagedamini kasutatav SOC-i hindamise meetod. Sellel meetodil on aga järgmised probleemid: ebatäpnevoolu mõõtminetoob kaasa SOC arvutushälbe ning vead kogunevad aja jooksul ja muutuvad suuremaks; tuleb arvestada aku laadimise{0}}tühjenemistõhususega; vead on suuremad kõrge-temperatuuri tingimustes või aku järsu kõikumise korral. Ebatäpset voolumõõtmist saab lahendada suure jõudlusega-vooluandurite abil, kuid kulud suurenevad; laadimise-tühjenemise tõhususe lahendamine nõuab suure hulga eksperimentaalsete andmete haldamist ja laadimise-tõhususe empiiriliste valemite loomist. Amper{7}}tunni integreerimise meetodit saab kasutada kõigi elektrisõidukite akude puhul. Kui praegune mõõtmine on täpne ja esialgse hinnangu oleku jaoks on piisavalt andmeid, võib see olla lihtne ja usaldusväärne SOC hindamise meetod.
3)Avatud-ahela pinge meetod. Aku avatud-ahela pinge tühjenemise lõpus on lähedane aku elektromotoorjõule. Koobalt-happeaku elektromotoorjõud on elektrolüüdi kontsentratsiooni funktsioon, mis väheneb proportsionaalselt aku tühjenemisega, seega saab SOC hindamiseks kasutada avatud-ahela pinget. Lahtise-ahela pinge ja SOC suhte lineaarsus MH/Ni akude ja liitium-ioonakude puhul ei ole nii hea kui koobalt-happeakude oma, kuid nende vastavat suhet saab siiski kasutada SOC hindamiseks, eriti paremate tulemuste korral laadimise alguses ja lõpus. Avatud-vooluahela pinge meetodi oluline puudus on see, et aku peab pinge stabiliseerimiseks pikka aega seisma ning aku oleku taastumiseks tööst stabiilsuseni kulub mitu tundi või isegi üle kümne tunni, mis põhjustab mõõtmisel teatud raskusi. Probleemiks on ka puhkamisaja kindlaksmääramine, seega sobib see meetod eraldi kasutamisel ainult pargitud elektrisõidukitele. Avatud-ahela pinge meetodil on hea SOC hinnanguline jõudlus laadimise alguses ja lõpus ning seda kasutatakse sageli koos amper{15}}tunni integreerimise meetodiga.
4) Koormuspinge meetod. Hetkelise tühjenemise alguses muutub pinge kiiresti avatud-ahela pinge olekust koormuspinge olekusse. Kui aku koormusvool jääb konstantseks, on SOC-i koormuspinge kõikumise muster sarnane avatud-ahela pingega SOC-ga. Koormuspinge meetodi eeliseks on see, et see suudab hinnata aku SOC reaalajas ja annab häid tulemusi pideva-voolu tühjenemise korral. Praktilistes rakendustes tekitab juhi aku pinge raskusi koormuspinge kasutamisel. Selle probleemi lahendamiseks on vaja aku pinge andmete, sõltumatu dünaamilise koormuse pinge ja SOC matemaatilist mudelit; seetõttu rakendatakse koormuse pinge meetodit päris sõidukite puhul harva, kuid seda kasutatakse sageli aku laetuse{9}}tühjenemise katkestamise kriteeriumina.
5) sisemise takistuse meetod. Aku sisetakistus jaguneb vahelduvvoolu sisetakistusteks ja alalisvoolu sisetakistusteks, mis mõlemad on tihedalt seotud SOC-ga (State of Charge). Aku vahelduvvoolutakistus on ülekandefunktsioon aku pinge ja voolu vahel, kompleksne muutuja, mis tähistab aku takistust vahelduvvoolule, ja seda mõõdetakse vahelduvvoolutakistuse mõõturiga. Aku vahelduvvoolu impedantsi mõjutab suuresti temperatuur; Kas mõõta seda avatud-vooluahelas pärast aku paigalseisu või laadimise ja tühjenemise ajal, on vastuoluline ja seda kasutatakse sõidukites harva. Alalisvoolu sisetakistus tähistab aku takistust alalisvoolule, mis on võrdne aku pinge muutuse ja voolu muutuse suhtega väga lühikese aja jooksul. Tegeliku mõõtmise korral laaditakse või tühjenetakse akut konstantse vooluga, alustades avatud-ahela olekust; koormuse pinge ja avatud-ahela pinge erinevus samal ajavahemikul, jagatud voolu väärtusega, on alalisvoolu sisetakistus. Plii{10}}happeakude puhul suureneb alalisvoolu sisetakistus märkimisväärselt tühjenemise hilisemates etappides ja seda saab kasutada aku SOC hindamiseks. MH/Ni akude ja liitium{11}}ioonakude alalisvoolu sisetakistuse varieeruvus erineb pliiakude omast ja seda kasutatakse harvemini. Alalisvoolu sisetakistuse suurust mõjutab arvutusperiood. Kui ajaperiood on lühem kui 10 ms, saab tuvastada ainult oomilist sisetakistust; kui ajaperiood on pikem, muutub sisetakistus keerulisemaks. Üksiku elemendi sisetakistuse täpne mõõtmine on keeruline, mis on alalisvoolu sisetakistuse meetodi puuduseks. Sisetakistuse meetod sobib aku laadimisoleku (SOC) hindamiseks hilisemates tühjenemisetappides ja seda saab kasutada koos amper-tunni integreerimismeetodiga.
6)Närvivõrgu meetod. Aku on väga mittelineaarne süsteem ja selle laadimis--tühjenemisprotsessi täpset matemaatilist mudelit on raske luua. Närvivõrkudel on põhilised mittelineaarsed omadused, paralleelne struktuur ja õppimisvõime. Nad suudavad toota vastavaid väljundeid välisele ergutamisele ja seega simuleerida aku dünaamilisi omadusi, et hinnata SOC-i. Tavaliselt kasutatakse aku SOC hindamiseks tüüpilist 3-kihilist närvivõrku: neuronite arv sisend- ja väljundkihtides on määratud tegelike probleeminõuetega ja see on üldiselt lineaarne funktsioon; neuronite arv peidetud kihis oleneb probleemi keerukusest ja nõutavast analüüsi täpsusest. Tavaliselt kasutatavad sisendmuutujad aku SOC hindamiseks hõlmavad pinget, voolu, akumuleeritud tühjendusvõimsust, temperatuuri, sisemist takistust ja ümbritseva õhu temperatuuri. See, kas närvivõrgu sisendmuutujate valik on õige ja kas muutujate arv on õige, mõjutab otseselt mudeli täpsust ja arvutuskoormust. Närvivõrgu meetod on rakendatav erinevatele akudele, kuid selle miinuseks on see, et see nõuab treenimiseks suurt hulka võrdlusandmeid ning hindamisviga mõjutavad suuresti koolitusandmed ja treeningmeetod.
7)Kalmani filtri meetod. Kalmani filtriteooria põhiidee on anda dünaamilise süsteemi oleku optimaalne hinnang minimaalse dispersiooni mõttes. Kui seda kasutatakse aku SOC hinnangul, peetakse akut dünaamiliseks süsteemiks ja SOC on üks selle sisemistest olekutest. Kalmani filtrimeetodi uurimine aku SOC hindamiseks on alanud alles viimastel aastatel. See meetod sobib erinevatele akudele ja on võrreldes teiste meetoditega eriti sobiv suurte voolukõikumistega elektrisõidukite akude SOC hindamiseks. See mitte ainult ei anna SOC hinnangut, vaid annab ka SOC hinnanguvea. Selle meetodi puuduseks on aga see, et algoritm on liiga keeruline ja nõuab süsteemi kõrget arvutusvõimet, mistõttu pole see veel praktilisse etappi jõudnud.
Erinevate SOC-i hindamismeetodite{0}}süvauuringute käigus valiti algselt aluseks amper-tunni integreerimise meetod. Mõõtes aku voolu täpselt koos avatud-ahela pinge meetodiga ja võttes arvesse selliseid tegureid nagu aku laetuse-tühjenemise tõhusus, temperatuur, vananemine ja isetühjenemine-, saavutatakse puhaste elektrisõidukite aku dünaamiline juhtimine. Puhtalt elektrisõidukite puhul töötab aku põhiliselt täis-laadimise ja tühjenemise-olekus, kusjuures suurem osa laadimisprotsessist toimub pideva-voolu laadimisega. Pärast laadimise lõppu on algväärtuse määramise punkt suhteliselt stabiilne (laadimise lõppedes on SOC 100% või veidi üle laetud). Kui aku laadimise{13}}tühjenemistõhusus on väga kõrge (üle 95%), võib laadimise{15}tühjenemise efektiivsus olla ligikaudu 1 või võrdne teatud konstantse väärtusega. Selle meetodi kasutamine SOC arvutamiseks võib saavutada suhteliselt häid tulemusi. Iga laadimis{19}}tühjenemistsükli akumuleeritud viga kõrvaldatakse põhimõtteliselt pärast järgmist laadimist ja algse SOC väärtuse uuesti kalibreerimist.
Mõõtes aku pinge, voolu ja temperatuuri teavet{0}}täpselt, et tagada SOC-i hinnangute sisendite täpsus; tõhusa akumudeli loomine teoreetilise analüüsi ja katseandmete sobitamise kaudu; SOC parandamisega laadimise ja tühjenemise lõpus, et kõrvaldada kogunenud SOC vead; ja võttes arvesse aku laetuse-tühjenemise tõhususe tegureid, temperatuuri, vananemist ja isetühjenemise mõju-, saavutatakse süsteemi SOC kõrge-täpsus. Aku oleku-a-laadimise hindamise algoritmi on näidatud joonisel 17-12.
(1) SOC algväärtuse arvutamise meetodSOC algväärtus saadakse väljalülitatud -väljalülitatud SOC ja temperatuuri-OCV-SOC otsingutabelist saadud SOC korrutamisel süsteemi võrguühenduseta ajaga seotud koefitsiendiga. SOC algväärtust tuleb lugeda iga kord, kui süsteem sisse lülitub.
(2) Üksiku lahtri SOC väärtuse arvutamine ja üksiku lahtri SOC väärtuse korrigeerimine SOH väärtuse aluselAku mahutavus saadakse tabeli otsimisel temperatuuri ja laadimisvoolu abil ning aku mahtuvus korrigeeritakse tabeli otsimisel SOH abil. Voolutugevus integreeritakse amper-tunni meetodil ja jagatakse seejärel võimsusega, et saada SOC muutuse väärtus. SOC muutuse väärtus lisatakse algväärtusele, et saada üksiku lahtri SOC väärtus.
(3) Aku SOC arvutamineKui süsteem lülitatakse uuesti sisse, võetakse loetud SOC algväärtus aku SOC-ks; tühjenemise korral loeb aku SOC minimaalse väärtuse üksikute elementide SOC-ide hulgast; kui laadimisseisundis ja laadimine pole lõppenud, loeb aku SOC mooduli SOC maksimaalse väärtuse; kui laadimisseisundis ja laadimine on lõppenud, on aku SOC seatud väärtusele 1.
(4)Üksiku elemendi SOC korrigeerimise meetod laadimise/tühjenemise lõpusKui süsteem on laadimisseisundis ja aku SOC on suurem kui 0,8, määratletakse süsteem laadimise lõpus olevat; kui süsteem on tühjenemise seisukorras ja aku SOC on väiksem kui 0,3, määratletakse süsteem tühjenemise lõpus olevat. Kui süsteem on laadimise/tühjenemise lõpus, tuleb SOC parandada. SOC-arvutusmeetod laadimise/tühjenemise lõpus on SOC-väärtuse saamiseks, otsides tabelit temperatuuri, laadimis-/tühjenemisvoolu ja pinge abil.
