Résumé
Sistèm Jesyon Batri (BMS) enpòtan anpil pou konprann pèfòmans batri nan kondisyon ekstrèm, tankou tès to segondè. Etid sa a pwopoze yon nouvo BMS pou siveyans kontinyèl, transmisyon, ak depo paramèt kle tankou vòltaj, aktyèl, ak tanperati nan pake batri ityòm-ion NCA {{{0}}S pandan tès gwo pousantaj. BMS sa a konbine teknoloji aprantisaj pwofon pou predi estati sante batri a (mezire pa kapasite egzeyat) lè li kontwole paramèt batri ekstèn yo. De eksperyans yo te fèt: eksperyans estatik pou verifye fonksyon BMS, ak eksperyans aktyèl kondisyon travay (tès abi gwo agrandisman ak Vibration sou machin propulsion elektrik) pou evalye pèfòmans aktyèl li yo. Rezilta yo te montre ke tanperati sifas pik batri a pandan kondisyon vòl aktyèl yo te rive nan 55 degre C, ki te pi wo pase tès estatik la; Algorithm estimasyon kapasite aprantisaj gwo twou san fon an detekte yon devyasyon kapasite mwayèn nan 0.04 Ah, demontre kondisyon sante egzat pa predi kapasite batri. BMS sa a demontre kapasite efikas pou kolekte done ak prediksyon, ki reflete sitiyasyon aktyèl la nan tès abi.
1. Entwodiksyon
Enpòtans pil ityòm-ion (LIB) ak teknoloji ki gen rapò ak yo:LIB yo enpòtan anpil nan domèn teknolojik aktyèl la epi yo lajman itilize nan machin elektrik, dron, ak aparèy elektwonik pòtab. Konpare ak teknoloji batri tradisyonèl yo, LIB yo gen avantaj tankou dansite enèji segondè ak lavi sik long, men aplikasyon yo gaye toupatou tou pote defi nan aje batri. Se poutèt sa, Eta Sante (SOH) se yon paramèt enpòtan pou mezire aje batri. Estimasyon avèk presizyon SOH fè fas a anpil defi, ak sistèm jesyon batri (BMSs) enpòtan anpil pou kontwole avèk presizyon paramèt batri yo.
Konsepsyon ak endikatè ki gen rapò ak BMS:Konsepsyon BMS anjeneral ki gen rapò ak aplikasyon espesifik, epi anplis SOH, State of Charge (SOC) ak Remaining Utility Life (RUL) se tou endikatè komen nan sante batri. Done yo pou endikatè sa yo anjeneral soti nan anviwònman akizisyon done propriétaires (DAQ), ki ka bay done pou aprantisaj pwofon (DL), men gen limit tankou gwo gwosè, gwo pri, ak vize batri espesifik. Entegre teknoloji DL ak BMS avanse se yon apwòch pwomèt ki ka simonte defi yo nan metòd koleksyon done ak bay évolutivité.
Paramèt enpòtan ak egzijans rechèch ki gen rapò LIB yo:SOH, SOC, RUL, ak C-rate se tout paramèt enpòtan pou pèfòmans LIB yo. Yon ogmantasyon nan C-pousantaj ap mennen nan yon diminisyon nan kapasite batri ak pèfòmans. Metòd koleksyon done aktyèl yo fè fas a defi tankou anviwònman konplèks ak presizyon Capteur ki pa klè, kidonk ki mande devlopman nan kad inovatè BMS pòtab pou koleksyon done nan senaryo aplikasyon divès kalite tankou gwo agrandisman. Etid sa a pwopoze yon fondasyon konplè BMS ki entegre modèl DL Rezo Degradasyon Kapasite (CD Net) devlope deja, ki ka satisfè kondisyon siveyans an tan reyèl pou pwopilsyon elektrik. Koleksyon done li yo ak kapasite entegrasyon modèl yo te verifye atravè eksperyans.
2. Devlopman BMS
Apèsi sou devlopman BMS:Yo te devlope yon tablo sikwi enprime pou BMS yo pwopoze a pou kolekte done kle ki nesesè pou prediksyon sante batri ak pran aksyon ki baze sou prediksyon an. BMS devlope itilize done aktyèl kondisyon fonksyònman (ki gen ladan vòltaj batri, aktyèl, ak tanperati) pou prediksyon sante batri, epi done yo kolekte se antre nan yon modèl aprantisaj pwofon (DL) pou prediksyon an tan reyèl.
Mezi Capteur
Mezi aktyèl ak vòltaj:Se wo bò aktyèl Capteur INA219 la itilize pou mezire aktyèl la pa mete yon rezistans shunt. Pou adapte yo ak gwo senaryo aktyèl yo, se default 0.1 Ω shunt rezistans ranplase ak yon 0.01 Ω rezistans, ki pèmèt seri mezi aktyèl la rive nan ± 32A.
Mezi Tanperati:Se PT100 Adafruit MAX31865 Capteur chwazi pou mezire tanperati, ki gen konsomasyon pouvwa ki ba, segondè presizyon, ak estabilite. Yo itilize ekwasyon Callendar van Dusen pou jwenn relasyon ant tanperati ak rezistans. Yo itilize senk detèktè pou mezire tanperati sifas ak tanperati anbyen kat pil respektivman, epi kalibrasyon yo te pote soti.
Kontwòl aparèy:Chwazi Arduino Uno Rev 2 Wi Fi sikwi tablo a kòm kontwolè a, ki gen anrejistreman done, pre-pwosesis, ak kapasite transmisyon. Li bay rezo Capteur pouvwa a atravè regilatè 5V entèn li yo epi konekte Capteur a ak mikrokontroleur lè l sèvi avèk pwotokòl SPI.
| Kalite | Koneksyon | Sèvi ak |
| Pouvwa ak seri | USB | 5 V ekipman pou pouvwa osi byen ke kominikasyon seri nan CPU prensipal la |
| Tè | GND | Tè zetwal komen pou chak eleman nan rezo Capteur a |
| Shunt V+ | Kouran Capteur V+ | Koneksyon Kelvin pozitif soti nan shunt aktyèl la ak batri pozitif |
| Shunt V- | Kouran Capteur V- | Koneksyon Kelvin negatif soti nan shunt aktyèl la nan chaj pozitif |
| Arduino Pins | ||
| SCLK | Arduino PIN 13 | Liy revèy pou SPI |
| SDO | Arduino PIN 12 | Sòti done seri pou SPI |
| SDI | Arduino PIN 11 | Seri done Antre pou SPI |
| CS1 | Arduino PIN 10 | Chip Chwazi Capteur Tanperati 1 |
| CS2 | Arduino PIN 9 | Chip Chwazi Capteur Tanperati 2 |
| CS3 | Arduino PIN 8 | Chip Chwazi Capteur Tanperati 3 |
| CS4 | Arduino PIN 7 | Chip Chwazi Capteur Tanperati 4 |
| CS5 | Arduino PIN 6 | Chip Chwazi Capteur Tanperati 5 |
| SCLK | Arduino PIN SCLK | Serial Data Clock pou I2C |
| SDO | Arduino PIN SDO | Adrès done seri pou I2C |
| Objektif | Detèktè yo itilize | Fonksyone Voltage | Maksimòm Pwovizyon pou Kouran |
| Pake vòltaj ak aktyèl Capteur | Adafruit INA219 | 3.0 - 5.5 V | 1 mA |
| Detèktè tanperati sifas batri | Adafruit PT100 MAX31865 | 3.0 - 3.6 V | 3 mA |
| Capteur tanperati anbyen | Adafruit PT100 MAX31865 | 3.0 - 3.6 V | 3 mA |
Estimasyon SOH:Done vòltaj ak tanperati yo kolekte pa BMS yo transmèt nan òdinatè a, epi yo itilize done aktyèl yo pou kalkile eta chaj (SOC) batri a atravè metòd konte Coulomb. SOC, ansanm ak kapasite nominal ak konpozisyon chimik batri a, se antre nan modèl CD Net la pou predi kapasite egzeyat batri a epi kalkile SOH. Modèl CD Net la sèvi ak yon konbinezon de rezo neral ak estrikti espesifik, ki optimize ak trete pou prediksyon.
| Karakteristik | Valè |
| Chimi selilè | NCA |
| Faktè fòm selilè | 18650 |
| Kapasite nominal | 3120 mAh |
| nominal vòltaj | 3.6 V |
| Chaj estanda | CCCV, 1 C, 4.2 V |
| Egzeyat estanda | Chaj konstan, 1 C, 2.5 V |
| Pwa | 46.4 ± 1.5 g |
3. konfigirasyon eksperimantal
Apèsi sou konfigirasyon eksperimantal:Yo te teste yon pake batri ki gen kat pil 18650 Sony VTC 6 ki konekte an seri lè l sèvi avèk sistèm chimik NCA. Espesifikasyon ki enpòtan nan pil endividyèl ak pake batri yo te prezante.
Tès tè:Objektif la se analize pèfòmans BMS ki fèk devlope anvan yo aplike li nan machin propulsion elektrik. Sèvi ak sistèm NEWARE Powerwall CT-4004-20V20A kòm chaj la, konekte BMS a ak pake batri a ak chaj, kontwole vòltaj, aktyèl, ak tanperati sifas chak pake batri, epi anrejistre done yo ak BMS la. Mete yon Capteur RTD nan sant batri a epi anrejistre direksyon pake batri a pou asire konsistans nan anrejistreman tanperati a. Fè 42 sik chaj ak egzeyat, ak yon modèl sik ki sanble ak eksperyans sètifikasyon NASA pou ti satelit yo.
Tès ayeryen:Fè apre tès atè, lè l sèvi avèk yon avyon elektrik (abèy FLYWOO Explorer) pou 2 0 sik egzeyat chaj pou kolekte done nan kondisyon dechaj gwo pousantaj. Entwodiksyon nan paramèt ki enpòtan nan avyon an, pake batri a enstale sou yon bracket enprime 3D, BMS a se sou tèt la, pwotokòl la chaje ki konsistan avèk tès tè, men sik la egzeyat se o aza. Avyon an se apeprè 1 pye anwo tè a pandan egzeyat. Lè BMS la montre ke vòltaj batri a rive nan 10V, egzeyat la sispann ak veyikil la repoze pou 0.167 èdtan anvan chaje.
4. Rezilta ak Diskisyon
Rezime diskisyon rezilta yo:Entwodwi rezilta yo ak konklizyon kle yo jwenn lè l sèvi avèk BMS ki fèk devlope (ki gen ladan CD Net modèl prediksyon). BMS ki fèk devlope kolekte done ki soti nan chaj batri estatik ak dinamik epi li entegre san pwoblèm ak modèl DL tankou CD Net, bay fleksibilite pou adapte yo ak devlopman teknolojik.
Rezilta tès tè
Mezi koub vòltaj:Done tan vòltaj 42 chaj ak egzeyat sik BMS ak ekipman tès (BAn) yo sanble. Malgre ke done BMS yo gen premye dekalaj, li evantyèlman konvèje, ak yon devyasyon mwayèn nan 0.2V ant de la. Pati nan vòltaj konstan nan koub la egzeyat ka itilize pou etidye relasyon ki genyen ak SOH, ak devyasyon an se akòz diferans ki genyen nan pousantaj transmisyon done ak revèy entèn yo.
Koub mezi aktyèl:Done aktyèl yo nan BMS ak BAn yo matche kòm yon antye, ak chanjman aktyèl yo pandan etap egzeyat ak chaje yo swiv règ yo. Sepandan, gen yon reta nan done lekti BMS pandan etap konvèsyon aktyèl la, sa ki lakòz kèk devyasyon. Apre yo fin retire gwo pwen done devyasyon, devyasyon an mwayèn pi piti, ak lekti aktyèl la pi egzak pase lekti vòltaj la.
Mezi koub tanperati:Siveye tanperati sifas kat pil epi jwenn ke tanperati a ogmante piti piti pandan pwosesis chaje ak egzeyat, rive nan pi wo pwen li nan fen chaj aktyèl konstan. Lè sa a, tanperati a chanje pandan konstan vòltaj chaje ak egzeyat. Katriyèm batri a nan pake batri a gen yon tanperati relativman wo, ak BMS a ka detekte ak montre diferans ki genyen nan tanperati chak batri. Anomalies tanperati yo ka itilize pou jesyon batri.
Rezilta tès ayeryen yo
Mezi koub aktyèl ak vòltaj:Pandan vòl la nan abèy la, aktyèl la chanje owaza, ak BMS la ka avèk presizyon anrejistre gwo pousantaj aktyèl la egzeyat. Aktyèl egzeyat la ogmante ak kantite tès, ak vòltaj la diminye soti nan 16.8V a 10V pandan pwosesis la egzeyat. Aktyèl la ak vòltaj yo afekte pa ajisteman nan atitid vòl la pandan vòl la.
Mezi koub tanperati:Pandan tès ayeryen, tanperati sifas batri a pi wo pase sa pandan tès tè a, ak yon tanperati maksimòm apeprè 55 degre C. Pandan pwosesis chaje a, tanperati a gen tandans diminye, epi pandan pwosesis egzeyat la, tanperati a ogmante piti piti. Gen diferans nan tanperati nan mitan pil diferan, ak fluctuations tanperati yo afekte pa ajisteman atitid vòl.
Rezilta ansanbl aprantisaj pwofon:Nan tès tè, kapasite batri a piti piti diminye, ak modèl CD Net la prevwa kapasite nan 5yèm sik la, ki te menm jan ak kapasite konte Coulomb anrejistre pa BMS. Prediksyon modèl la te relativman egzat; Kapasite konte Coulomb la te enstab pandan tès ayeryen, men modèl la te toujou kapab predi ak yon diferans mwayèn 0.046Ah. Lè w konpare kapasite metòd konte Coulomb mezire ak kapasite prevwa modèl la, yo te verifye entegrasyon siksè BMS ak modèl DL, ki ka itilize pou predi Eta Sante (SOH) pil yo.
5. Rezime
Rezime rezilta rechèch la:Koleksyon done aktyèl kondisyon travay yo nan machin propulsion elektrik mande pou yon BMS pòtab ki ka opere nan kondisyon difisil, tankou gwo pousantaj egzeyat nan LIBs. Rechèch sa a pwopoze yon achitekti BMS roman, ki sèvi ak kad kwen ak nwaj pou anrejistre, transmèt ak resevwa done, epi li ka okipe gwo pousantaj egzeyat, ranplase metòd tradisyonèl ki baze sou CAN otobis ak òdinatè kwen.
Rezime rezilta tès yo:Tès tè ak lè yo te fèt, ak tanperati sifas batri a te pi wo nan fen etap aktyèl la egzeyat konstan. Tanperati sifas batri a te menm pi wo nan tès lè a, rive nan yon maksimòm prèske 55 degre C. Ogmantasyon tanperati a ka koze pa faktè tankou aje batri ak chanjman SOC, ak tanperati twòp ka mennen nan echèk batri. Pandan 42 sik sou tè a ak 20 sik nan lè a, tanperati sifas la ogmante piti piti.
Rezilta prediksyon modèl:Sèvi ak done yo kolekte, modèl CD Net la predi Eta Sante (SOH) nan batri a nan kondisyon aktyèl opere. Prediksyon kapasite modèl la pou pwochen sik la nan tès tè a relativman egzat, ak yon devyasyon mwayèn de {{0}}.026 Ah; Malgre ke te gen fluctuations kapasite pandan tès ayeryen, diferans mwayèn prevwa a te 0.046 Ah, ak BMS te kapab efektivman kolekte done nan seri a papòt detèktè vòltaj aktyèl yo.