Akkumulátorok hőmérsékletfüggő modellezése, becslése és optimális töltése

A lítium-ion akkumulátorok mindennapjaink népszerű energiaforrásai magas energiasűrűségük, alacsony önkisülésük és könnyű súlyuk miatt. A hordozható elektronikus eszközök (mobiltelefonok, laptopok), a háztartási elektronika, az elektronikus eszközök és az elektromos járművek valamilyen típusú lítium-ion akkumulátorral működnek.

Li-ion akkumulátorok hőmérsékletfüggő paraméterbecslése

Ebben a kutatásban egy optimalizáláson alapuló lítium-ion akkumulátor paraméter-becslési módszert javasoltunkk, amely képes leírni az akkumulátorok hőmérsékletfüggő viselkedését. A módszer alapja egy nemlineáris töltés- és kisülési modell, amely a hőmérséklet-függőséget a cellahőmérséklet mint külső változó paraméteres függvényeként írja le. A modellen paraméter-érzékenység elemzést végeztünk a becsülendő (illetve becsülhető) paraméterek megtalálásához, amelyek az elektródpotenciál, az akkumulátor kapacitása és két polarizációs állandó. Megállapították, hogy a belső ellenállás nem érzékeny a modell kimenetére, ezért nem becsülték meg. A javasolt paraméterbecslési módszer két lépést tartalmaz. Először az E0, Q, K1, K2 paramétereket becsüljük a töltés / kisütés különböző állandó környezeti hőmérsékleteken mért adatai alapján. A második lépésben ezeknek a paramétereknek a hőmérsékleti együtthatóit becsüljük meg.
A javasolt paraméterbecslési módszert szimulációs kísérletek igazolják egy elektrotermikus akkumulátor modellen, amely képes leírni az akkumulátor termikus viselkedését. A
A javasolt módszerrel előállított hőmérsékletfüggő paraméter-jellemzők felhasználhatók számítási szempontból hatékony módszerként az akkumulátor kulcsparamétereinek meghatározására egy adott hőmérsékleten.
További kutatási irány az itt leírt paraméterbecslési módszer továbbfejlesztése akkumulátor SoH értékének meghatározásához, valamint a hőmérsékletfüggő töltöttségi állapot (SoC) becsléséhez annak életciklusa során. Ez egy megfelelő kísérlettervezés révén lehetséges, amely jól megválasztott töltési műveletek alapján becsüli az akkumulátor kapacitását.

Akkumulátor öregedésének becsléséhez optimális kísérleti tervezés

A kutatás célja az akkumulátor töltési / kisütési kísérletének szimuláción alapuló optimális tervezése. A módszer alapja egy nemlineáris töltés és egy kisütési modell, valamint két lehetséges bemeneti jelcsalád, a PRBS töltési áram és a CC-CV alapú töltési ciklus. A kísérleti terv optimális működését a kovariancia mátrix becsült nyomának és a nemlineáris legkisebb négyzetes paraméterbecslésének torzítatlanság mértékével kapcsolatban vizsgáltuk. Az eredmények azt mutatják, hogy a hibrid modell különböző módusai (töltés, il. kisütés) eltérően teljesítenek.

A második fontos kérdés a két lehetséges bemeneti jelcsalád, a PRBS és a CC-CV gerjesztési teljesítménye volt. Kimutatták, hogy a becslő mindkét bemenetre elfogulatlan. Kísérleteket hajtottak végre a becslő statisztikai tulajdonságainak elemzésére a két gerjesztő jelcsalád különböző paraméterei tekintetében. Az eredmények azt mutatják, hogy a kovariancia mátrix nyomkövetési normájának becslése nem függ a gerjesztési paraméterektől sem a PRBS, sem a CC-CV esetben. A CC-CV gerjesztés azonban a nyomnormának átlagos értékét 0,12 adja, szemben a PRBS gerjesztés átlagos 0,14-ével. A tényleges paraméterek (R és Q) és a becslés közötti euklideszi távolság
Különböző gerjesztési paramétereket is létrehoztak a becslő elfogulatlanságának indikátoraként. Az eredmények azt mutatják, hogy az egyetlen paraméter, amely befolyásolja az torzítatlanságot, az imax a CC-CV ciklusban. Megállapítható tehát, hogy a CC-CV gerjesztés mindkét kritériumban (kovariancia és torzítatlanság) felülmúlja a PRBS gerjesztését.

 

batt 1batt 2

A további kutatást két irányban tervezzük végezni. Az egyik lehetséges irány az E0 és K paraméterek bevonása a kísérlettervezésébe, mivel ezek tartalmazhatnak információkat az akkumulátor állapotáról is. Másrészt a kidolgozott módszer az akkumulátor élettartamának csak egy pontján érvényes. Még azt sem lehet kijelenteni, hogy ugyanaz a bemeneti jel a legjobb egy félig elhasznált akkumulátorhoz, mint egy újhoz. Ezért további kísérleteket fogunk végezni e jelenség elemzésére az akkumulátor élettartama alatt.