정의, 측정과 전원베터리의 중요 매개변수의 계산 방식
한 개요
이 문서는 주로 더 빨리 그리고 분명히 배터리와 그것의 측정과 계산 방식의 약간의 중요한 특성 매개변수를 이해하기 위해 회사의 내부 연구 개발 인사를 용이하게 할 준비가 됩니다. 그것은 주로 전원베터리, 배터리 건강 상태 소, 내부 저항 Ｒ, 등의 충전 상태 SOC을 포함합니다.
이 문서는 주로 인터넷 상에서 약간의 믿을 만한 정보뿐만 아니라 전원베터리의 국가 표준과 산업 기준을 언급하고 그들의 업무 경험과 결합하여 편집됩니다.
배터리 충전 상태와 그것의 설정 방법의 2 SOC
2.1 배터리의 SOC의 정의
배터리의 SOC은 (국가 표준) 것을 초기 최대 용량에서 현재 가용 용량의 퍼센트로 규정되는 배터리의 남아있는 힘을 반영하는데 사용됩니다.
미국 진보적 배터리 협회 (우사브크는) 다음과 같이 SOC을 전기 자동차 배터리 실험 설명서에서 정의합니다 : 특정한 방전 속도 하에 동일 조건 하에 정격용량에 대한 잔류 배터리 용량의 비율.
SOC=QO/QN
혼다 전기 차량 (EV 플러스는) 다음과 같이 SOC을 규정합니다 :
SOC = 잔류 용량 / (정격용량 능력 능력 감쇠율)
거기서 잔류 용량 = 정격용량 - 정미 방전 - 자기 방전 - 온도 보상
전원베터리의 남아있는 전력은 골프 연습장에 영향을 미치고 전기 차량의 성능을 운전하는 주 요인입니다. 아큐레이트 SOC 평가는 배터리의 에너지 효율을 향상시키고 전기 차량의 더 좋은 구동을 보증하기 위해, 배터리의 서비스 수명을 연장할 수 있습니다. 동시에, 또한 SOC은 배터리 충전을 위한 중요한 원칙이고 방전 제어 단자와 배터리 균형입니다.
응용에서, 우리는 내부 및 외부 한계 (온도, 삶, 기타 등등) 배터리의 인자 영향력에 결합되는 전압과 해류와 같은 배터리의 측정 값에따르면 배터리 SOC의 추정 알고리즘을 실현할 필요가 있습니다. 그러나, SOC은 그것의 내부 작업 환경과 외부 요인으로 인해 비선형적이고 따라서 이러한 문제가 좋은 SOC 추정 알고리즘을 달성하기 위해 넘어서야 합니다. 요즈음, 국내외에서 배터리 SOC의 추정은 부분적으로 실현되고 암페어시 방법, 내부 저항 방법, 개방 회로 전압법과 기타와 같은 공학에 적용되었습니다. 이러한 알고리즘의 공통 기능은 그들이 구현하기 쉽다는 것이지만, 그러나 실제 근무 조건에서 요인에 영향을 미치는 내부이고 외부적인 것의 고찰의 부족이 추정 정확성의 지속적인 개선을 위해 BMS를 위한 요구조건을 충족시키기 위해 힘든 가난한 적용성으로 이어집니다. 그러므로, SOC이 많은 요인에 의해 영향을 받는 것을 고려한 후, 약간 더 복잡한 알고리즘은 칼만 필터 알고리즘, 신경망 알고리즘, 흐릿한 추정 알고리즘과 다른 새로운 알고리즘과 같이, 제안됩니다. 이전 종래 알고리즘과 비교해서, 그들은 다량의 계산 그러나 더 높은 정확도를 가지고 있습니다. 그들 중에, Kalman 필터는 계산 정확도와 적용성의 좋은 공연을 가지고 있습니다.
여러 SOC 추정 알고리즘에 대한 2. 2 도입
(1) 암페어시 방법
또한 전류 적분 방법으로 알려진 암페어시 방법이 또한 배터리 SOC을 산정하기 위한 원칙입니다. 현재 배터리의 초기 SOC 가치가 시험 발사 시간 충전 뒤에, soc0이거나 배출하면서, SOC이 다음과 같다고 추정하는 것 :
Q0은 배터리의 정격용량이고 나 (T)가 배터리 충전과 방전 전류입니다 (축방이 긍정적입니다).
실제로, 배터리의 충전 상태와 배터리의 충전 상태가 배터리 전류의 일체형인 것처럼 SOC이 규정되어서 이론에, 암페어시 방법은 가장 정확합니다. 동시에, 그것은 또한 실현되기 쉽습니다. 그것은 단지 청구하는 배터리와 방전 전류와 시간을 측정할 필요가 있습니다. 실제적인 공학 적용에, 분리된 계산식은 다음과 같습니다 :
배터리의 실제 작업에서, 방법이 익숙한 암페어시는 SOC을 산정합니다. 측정 오차와 잡음 간섭 요인은 측정 결과에 영향을 미칠 것이고 따라서 SOC이 바르게 추정될 수 없습니다 (자기 방전과 온도와 같은 요인이 고려되지 않습니다). 동시에, 배터리의 초기 SOC 가치는 암페어시 방법에 의해 획득될 수 없습니다. 보통, 암페어시 방법은 지난 배터리 충전과 축방에 의해 보유된 SOC 가치를 다음 산정의 초기값으로 이용하지만, 그러나 이것이 SOC 실수가 끊임없이 축적되게 할 것입니다. 그러므로, 실제적인 공학에서, 암페어시 방법은 일반적으로 다른 알고리즘의 원칙으로서 사용되거나 추정을 위한 다른 알고리즘에 결합됩니다.
(2) 개방 회로 전압법
리튬-이온 배터리의 기전력과 배터리의 SOC 사이의 어떤 기능적 관계가 있습니다. 그러므로, 배터리의 SOC 가치는 개방 전압을 측정함으로써 획득될 수 있습니다. 개방 회로 전압법을 통해 배터리 기전력의 정밀 값을 얻기 위해, 처음으로, 배터리는 한동안 서 있을 필요가 있습니다. 이 시각에, 개방 전압 (OCV)의 가치는 그것의 기전력값과 동일한 것으로 간주될 수 있습니다. 이런 방식으로, 배터리 기전력은 입수할 수 있고 배터리의 SOC이 획득될 수 있습니다. 리튬 배터리 충전과 축방의 soc ocv 곡선은 실험을 통하여 획득되고 그리고 나서 다른 개방 전압의 SOC 가치가 soc ocv 곡선에 따라 질문받습니다.
개방 회로 전압법은 배터리가 외부 요인에 의해 초래된 에러를 제거하기 위해 한동안 가만히 서 있도록 요구하며, 그것이 배터리 SOC의 실시간 측정 방법에 적합하지 않습니다. 게다가 그 중앙부에서 배터리 SOC의 개방 전압 변화는 큰 측정의 결과를 초래한 초소형이고 중앙 SOC의 추정 오류입니다.
(3) 칼말 필터 방법
칼말 필터 방법은 시스템에 대한 지식과 측정 역학, 가장하는 시스템 잡음과 측정 오차의 통계적인 특성과 측정치를 처리하고 시스템 상태의 최소 오차평가를 획득하기 위한 초기 조건의 정보를 이용합니다. 전기 차량을 위한 건전지 팩은 입출력으로 구성된 동적 시스템으로 간주될 수 있습니다. 시스템에 대한 약간의 이전 지식을 이해하는 전제에, 시스템의 상태 변수 식은 확립되고 직접적으로 측정될 수 없는 충전 상태를 포함하는, 그리고 나서 시스템의 내부 파라미터 추정이 출력의 검증 기능을 이용하여 획득됩니다. 배터리 등가회로 모델 또는 전기 화학 모형을 기반으로, 시스템의 상태 방정식과 측정 방정식은 확립됩니다. 건전지 팩의 방전 테스트 데이터에 따르면, 건전지 팩의 개방 전압은 배터리 충전 상태의 추정을 실현하기 위해 칼만 필터 알고리즘에 의해 추정됩니다. 그것의 이점은 SOC의 최소 분산 추정이 SOC 초기값과 누적 오류의 부정확한 판단의 문제를 해결하기 위해, 수집된 전압과 경향에 따라 리커시브법에 의해 획득될 수 있다는 것입니다 ; 단점은 그것이 배터리 모델에 대단히 의존하고, 시스템 프로세서의 고속도를 요구한다는 것입니다.
3. 배터리 건강 상태 (스오)의 정의와 계산
3.1 배터리 건강 상태 소의 정의
배터리 소의 표준 화질은 가득 찬 상태에서 표준 조건 하에 특정한 비율로 컷오프 전압에서부터 그것의 상응하는 공칭 정전 용량 (실제 초기 최대 용량)까지 전원베터리의 공개된 능력의 비율입니다. 이 비율은 배터리의 건강 상태을 반영입니다.
간단히 말하면 배터리 뒤에 있는 직접적으로 측정할 수 있거나 간접적으로 산정된 성능 파라미터가 익숙해져 있는 시간 주기 동안 사용되는 일부의 실제 밸브와 액면가의 비율은 배터리 건강의 감소 뒤에 주를 판단하고, 배터리의 건강 학위를 측정합니다. 그것의 실제 성과는 배터리 안에서 그 약간의 매개 변수 변화입니다 (내부 저항, 용량, 기타 등등과 같이). 그러므로, 배터리 특성 용량에 따라 배터리 건강 상태 소를 규정하기 위한 여러 방법이 있습니다 :
(1) 전지 성능으로 남아 있는 가능성으로부터의 디파인 소 :
SOH=Qaged/Qnew
최대가 큐아게든 곳에서 배터리와 큐뉴의 사용 가능한 전력은 배터리가 사용되지 않고 있을 때 최대 전력입니다.
(2) 전지 성능의 가능성으로부터의 디파인 소 :
SOH=CM/CN
센티미터가 배터리의 현재 용량 측정치이고 씨엔이 배터리의 공칭 정전 용량인 곳.
(3) 배터리 내부 저항의 가능성으로부터의 디파인 소 :
SOH=(REOL-R)/(REOL-Rnew)
그들 중에, 레올은 그것의 서비스 수명의 말에 배터리의 내부 저항이고, 르뉴가 그것이 공장을 떠날 때 배터리의 내부 저항이고, Ｒ가 그것의 현재 상태에 배터리의 내부 저항입니다.
기록 : 잔류 배터리 용량 또는 전지 성능으로부터의 소를 규정하기 위한 위에서 말한 방식은 소의 실제 계산식이 아니지만, 그러나 정의 방법 즉, 이 정의 방법이 실제 소에 해당되기 위해 유일한 상응하는 기능을 가지고 있습니다. 예를 들면, 단일 배터리의 능력을 기반으로, 소는 실제로 다음의 방식에 의해 계산될 수 있습니다 :
SOH=(CM-CEOL)/(CN-CEOL)
체오엘이 상수인 배터리 수명 (폐기)의 끝에 있는 능력인 곳. 위쪽에 소의 계산식은 (2)에 실제로 정의에 상당합니다. 다음은 단순 도출입니다 :
정의, 소 = (센티미터 -체오엘) / (씨엔 -체오엘)에서 소 = 센티미터 / CN = Ｘ를 허용하 = 체오엘 = PCN을 추측하는 계산식에서 Ｙ, 그리고 나서 Ｙ = (엑스씨엔 PCN) / (CN - PCN) = (X-P) / (1 Ｐ) 즉, Ｙ가 Ｘ에 관한 기능 (직선 관계) 이며, 그 곳에서 Ｐ는 상수입니다.
3.2 여러 공통 소 설정 방법
(1) 토출법을 완료하세요
가득 찬 방전 테스트는 배터리의 가득 찬 방전 주기를 요구하고 그리고 나서 방전 용량이 시험되고 새 전지의 공칭 정전 용량과 비교됩니다. 이 방법은 요즈음 가장 믿을 만한 방법으로 인식되지만, 그러나 그것의 단점이 또한 명백합니다. 그것은 오프라인 배터리 시험과 장시간 시험 시간을 요구합니다. 테스트 뒤에, 배터리는 재충전될 필요가 있습니다.
(2) 내부 저항 방법
소 평가는 내부 저항과 소 관계를 수립함으로써 실행됩니다. 배터리 내부 저항과 소 사이의 어떤 계합 관계가 있다는 것을 수많은 연구는 보여줍니다. 배터리 서비스 시간의 증가와 함께, 배터리의 내부 저항은 증가할 것이고 배터리의 사용 가능한 전력이 동시에 감소할 것입니다. 소 평가는 이 핵심을 통하여 실행됩니다.
이 방법은 또한 단점을 가지고 있습니다 : 배터리의 저항 내부 저항이 전지 성능이 원래 70% - 80%로 감소할 때 의미 심장하게 변할 것이라는 것을 수많은 연구는 보여주었으며, 그것이 사실상 일반적 80%와 다를지도 모릅니다. 동시에, 배터리의 내부 저항은 밀리옴 가치이고 그것의 온라인 정확한 측정이 또한 어려움입니다.
(3) 전기 화학적 임피던스 방법
이것은 더 복합적인 방법입니다. 상이한 주파수와 다중 정현 신호를 배터리에 응용하고, 그리고 나서 퍼지 이론에 따라 수집된 데이터를 분석함으로써, 우리는 배터리의 특성을 획득하고 현재 배터리의 성능을 예상할 수 있습니다. 이 법을 이용하는 것 많은 임피던스와 임피던스 스펙트럼 관련 이론과 고가 장비를 요구하여서 그것은 당분간 권고되지 않습니다.
4. 배터리 내부 저항 Ｒ
배터리의 내부 저항은 초소형입니다. 우리는 보통 그것을 밀리옴 (m Ω)에서 정의합니다. 내부 저항은 배터리 성능을 측정하기 위해 중요한 기술적 지표입니다. 보통은, 작은 내부 저항과 배터리는 강한고 전류 방전 용량을 가지고 큰 내부 저항과 배터리가 약한 방전 용량을 가집니다.
배터리의 내부 저항은 저항 내부 저항 (R Ω)과 전기 화학적 분극 내부 저항 (RE)를 포함합니다. 리튬-이온 배터리를 위해, 배터리의 저항 내부 저항 (R Ω)은 리튬 이온이 전해액, 진동판 저항, 전해액 전극 인터페이스에 있는 저항과 수집기 (구리 알루미늄 호일, 전극)의 저항, 기타 등등을 통과할 때 저항에 의해 형성된 저항을 주로 포함합니다 ; 전기 화학적 분극 저항 (RE)는 리튬 이온 삽입, 드 삽입과 이온 확산과 전달의 과정에서 분극화 저항과 농도 분극화 저항을 포함합니다.
저항 내부 저항 (R Ω)은 옴의 법칙을 준수하고 전기 화학적 분극 내부 저항 (RE)가 옴의 법칙을 준수하지 않습니다. 배터리의 다른 유형은 다른 내부 저항을 가지고 있습니다. 배터리의 같은 유형의 내부 저항은 내부 화학적 특성의 상충으로 인해 또한 다릅니다. 게다가 SOC, re와 기타는 배터리의 온도와 (게다가 SOC, re와 기타) 바꿀 것입니다.
요즈음, 배터리 내부 저항의 측정은 주로 각각 배터리의 AC 내부 저항과 DC 내부 저항을 측정하는 DC 검사 방법과 AC 검사 방법을 포함합니다. 배터리의 작은 내부 저항 때문에, DC 내부 저항을 측정할 때, 양극화 내부 저항이 전극 캐패시티의 양극화로 인해 발생된다고, 그래서 그것의 참값은 측정될 수 없습니다 ; AC 내부 저항의 측정은 편광 내부 저항의 영향을 회피하고 실제적 내부 값 (주로 저항 내부 저항)을 획득할 수 있습니다.
DC 방출 내부 저항 측정 방법 : V/ Δ 1 물리 공식 R= Δ에따르면. 시험 장비는 배터리가 곧 큰 끊임없이 계속되는 DC 해류를 통과하 (요즈음, 40a-80a의 큰 흐름이 일반적으로 사용됩니다)과, 현재 배터리의 양쪽 끝에 전압 변환을 측정하고, 방식에 따라 배터리의 현재 내부 저항을 산정할 수 있게 허락합니다. 이 방법은 제대로 제어되고 정확도가 0.1% 이내에 제어될 수 있지만, 그러나 그것이 또한 명백한 결점을 가지고 있습니다 : (1) 그것은 큰 용량 배터리와 작은 용량 배터리가 그러한 큰 흐름을 로딩할 수 없는 지를 측정할 수 있을 뿐입니다 ; (2) 배터리가 큰 흐름을 통과할 때, 편광은 편광 내부 저항의 결과를 초래한 배터리 안에서 발생합니다. 그러므로, 측정 시간은 매우 짧음에 틀림없습니다, 그렇지 않았다면 측정된 내부 저항 값의 에러가 매우 큽니다.
AC 내부 저항 시험은 일반적으로 특별한 테스트 장치를 사용하고 그것의 방법 원칙이 다음과 같습니다 : 배터리가 필터링, 배터리의 내부 저항과 같은 일련의 처리하 구동 증폭기 회로를 통하여 산정되는 후에 활성 저항에 상당하고, 고정 주파수와 고정 전류와 ac 신호를 배터리에 응용하 (요즈음, 1kHz 주파수와 50mA 적은 전류가 일반적으로 사용됩니다)과, 그리고 나서 그것의 전압을 샘플링하고 수정하는 특성을 사용하기. AC 내부 저항 검사 방법은 다음과 같은 특성을 가집니다 : (1) 그것은 작은 용량 배터리를 포함하는, 모든 배터리를 거의 측정할 수 있고, 배터리 자체에 대한 많은 손상을 또한 야기시키지 않을 것입니다 ; (2) 정확도는 측정기 회로의 높은 대항 간섭 능력을 요구하는 잔물결 / 고조파 전류에 의해 방해받을 수 있습니다 ; (3) 실시간으로 온라인을 측정할 수 없습니다.
5. 전원베터리을 판단하는 자기 방전 비율 검사
배터리의 자기 방전은 또한 충전 홀딩 용량으로 알려집니다. 그것은 개방 회로 상태에서 어떤 환경적인 조건 하에 배터리의 저장된 전기의 홀딩 캐패시티를 언급합니다 (또는 화학 에너지의 손실이 내부 즉각적 반응에 의해 발생되었습니다). 일반적으로 말해서, 자기 방전은 주로 배터리 제조 공정, 물질과 저장 조건에 의해 영향을 받습니다.
초기 최대 용량 = [- 방전 용량 × 일시 중단 시간 뒤에] × 100%
일반적으로, 배터리의 저장 온도가 더 낮을수록, 자가 방전율이 더 낮습니다. 그러나, 또한 낮 또는 또한 고온이 배터리에 대한 손상을 야기시키고 그것을 쓸모없게 할 수 있다는 것이 주목되어야 합니다. 일반적으로 말해서, 기존 배터리는 보존온도범위를 요구합니다의 - 20 ~ 45 Ｃ. 배터리가 완전히 고발되고 한동안 개방 회로에 위치한 후, 자기 방전의 어느 정도는 정상적 현상입니다. 다른 유형의 배터리와 비교해서, 리튬-이온 배터리의 자가 방전율은 여전히 대수롭지 않고 대부분의 용량 손실이 복구될 수 있으며, 그것이 리튬-이온 배터리의 구조에 의해 결정됩니다. 그러나, 부적당한 대기 온도 하에, 리튬 배터리의 자가 방전율은 여전히 놀라우며, 그것이 배터리의 서비스 수명에 큰 영향을 미칠 것입니다. 동시에, 단일 배터리의 자기 방전의 상충은 건전지 팩의 일관성에 영향을 미치는 중요 요소입니다. 자기 방전의 차이는 크고 배터리의 상충이 사용의 과정에서 빨리 반영될 것입니다.
6. 온도 특성
용량, 혐의와 축방의 내부 저항과 전원베터리의 개방 전압은 온도에 의해 영향을 받습니다.
(1) 대기 온도는 리듐 인산철 배터리의 용량에 미치는 큰 영향을 가집니다. 능력은 저온에 신속히 감소하고, 어떤 온도 상승에 신속히 증가하지만, 그러나 그것의 변화율이 저온에 그것 이하입니다. 특정 범위를 넘어서, 능력은 온도의 증가에 의해서 붕괴합니다.
(2) 배터리의 저항 내부 저항과 전체 내부 저항 위의 대기 온도의 영향은 명백합니다. 일반적으로, 온도가 더 낮을수록, 내부 저항이 더 큽니다. 저항 내부 저항은 편광 내부 저항 보다 더 온도에 민감하고 그 저항 내부 저항 변화가 더 저온에 민감합니다.
(3) 배터리의 soc ocv 곡선은 거의 다른 온도에 구별하지 않게 합니다. 로우어 온도, soc ocv 곡선이 더 낮습니다. 그리고 곡선의 일탈 속도는 저온에 능숙합니다.
