Chì ghjè a stima di u statu di carica di a batteria (SOC)?

Stima di u Statu di Carica di a Batteria (SOC).

U prucessu di reazzione elettrochimica di batterie di putenza hè cumplessu, influinzatu da numerosi è incerti fattori. U mudellu matematicu di stu prucessu hè un prublema multidisciplinare è multi-campu, è hè sempre statu un focus è sfida chjave per l'accademia è l'industria. L'eccitazione di input (corrente di carica) è l'osservazioni di output (tensione è temperatura) di una bateria di energia sò parametri misurabili finiti per u sistema di gestione di a bateria di energia. U mudellu accuratu hè essenziale per descriverà più accuratamente e caratteristiche esterne di e batterie di putenza, cuncependu algoritmi affidabili di stima di u statu di a batteria di energia, è sviluppà sistemi ottimali di gestione di l'energia per i veiculi d'energia novi. I mudelli di batterie di putenza cumuni sò principarmenti divisi in mudelli elettrochimichi, mudelli di circuiti equivalenti è mudelli d'apprendimentu machine.

In a mità di -1990s, M. Doyle, TF Fuller, è J. Newman di l'Università di California, Berkeley, stabiliscenu un mudellu pseudo-dui-dimensionale (P2D) basatu annantu à a teoria di l'elettrodi porosi è di suluzioni cuncentrate, pusendu a basa per u sviluppu di mudelli di meccanismi elettrochimici. Stu mudellu usa una seria di equazioni differenziali parziali è equazioni algebriche per descriverà accuratamente a diffusione è a migrazione di ioni di lithium in a bateria di l'energia, reazzione elettrochimica nantu à a superficia di particelle attive, a lege di Ohm, è a conservazione di carica, frà altri fenomeni elettrochimici. A data, a maiò parte di i mudelli elettrochimichi sò derivati è sviluppati da stu mudellu. Un mudellu electrochemical hè un mudellu di primu principii chì ponu simule accurately micca solu e caratteristiche esterni di una bateria di putenza, ma ancu a distribuzione è i cambiamenti di e caratteristiche internu (cum'è a cuncentrazione di ioni di lithium in l'elettrodi è l'elettroliti, è a reazione overpotential, chì sò difficiuli di misurà). In cunfrontu cù altri mudelli di batterie di putenza, i mudelli elettrochimichi ponu descriverà e reazzioni microscòpiche in a batteria di putenza in più profonda è anu un significatu fisicu più esplicitu.

I mudelli P2D sò versatili è scalabili, applicabili à i tipi di batterie cù diversi sistemi di materiale, è ponu esse sviluppati è allargati in mudelli di accoppiamentu multi-più cumplessi. Dunque, i mudelli P2D ghjucanu un rolu insustituibile in u mudellu di bateria. Tuttavia, cuntenenu equazioni differenziali parziali cumplessi è numerosi paràmetri elettrochimici, ponenu elevate esigenze di capacità computazionale di u Sistema di Gestione di Batterie (BMS). Attualmente, a risoluzione di mudelli P2D impiega principalmente metudi numerichi, cum'è u metudu di diffarenza finita, u metudu di elementi finiti è u metudu di volumi finiti.

U mudellu di circuitu equivalente usa elementi di circuitu tradiziunale cum'è resistori, condensatori è fonti di tensione constante per furmà una rete di circuitu per discriverà e caratteristiche esterne di a bateria di putenza. Stu mudellu usa una fonte di tensione per rapprisintà a forza elettromotrice d'equilibriu termodinamicu di a bateria di putenza, è una reta RC per discriverà e caratteristiche dinamiche di a bateria di putenza. U mudellu di circuitu equivalente hà una bona applicabilità à diversi stati di u funziunamentu di a bateria di putenza, è l'equazioni statali di u mudellu ponu esse derivate, facilitendu l'analisi è l'applicazione. U mudellu di circuitu equivalenti hè statu largamente utilizatu in a nova ricerca di mudelli di veiculi d'energia è simulazione è BMS basatu in mudellu -. A figura 7-27 mostra un mudellu di circuitu equivalente tipicu di una bateria di putenza composta da n strutture di rete RC, chjamatu mudellu n-RC. Stu mudellu hè custituitu di trè parti:

1) Fonte di tensione: A tensione di circuitu apertu -di a bateria di putenza hè rapprisintata da $U_{oc}$.

2) Resistenza interna ohmica: A resistenza di cuntattu di i materiali di l'elettrodu di a bateria di l'energia, l'elettroliti, a resistenza d'isolamentu è i vari cumpunenti hè rapprisintata da $R_o$.

3) Rete RC: I caratteristiche dinamichi di a bateria di putenza, cumpresi e caratteristiche di polarizazione è l'effetti di diffusione, sò discritti da a resistenza di polarizazione $R_p$ è a capacità di polarizazione $C_p$, induve $i=0, ..., n_s$.

In Figura 7-27, Up rapprisenta a tensione di polarizazione di a bateria di putenza.

Figure 7-27 n-stage RC model circuit structure

Basatu nantu à a lege di tensione di Kirchhoff è a lege di corrente, è a relazione trà u cambiamentu di tensione di u condensatore è u currente, l'equazione di u statu -spaziale di u mudellu di circuitu pò esse espressa cum'è:

7-50

I mudelli di circuiti equivalenti di batterie di energia cumunimenti utilizati cum'è u mudellu Rint, u mudellu Thevenin è u mudellu Dual Polarization (DP) sò casi speciali di u mudellu di circuitu equivalente n-RC quandu n=0, n=1, è n=2, rispettivamente, è sò stati largamente utilizati in l'algoritmi di stima è gestione di u statu di a bateria.

I mudelli d'apprendimentu di a macchina ùn anu micca bisognu di cunniscenze di a cumpusizioni interna di a batteria è di i meccanismi di reazione specifichi; anu solu bisognu di ottene i dati di u funziunamentu storicu di a bateria (corrente, tensione, temperatura, etc.). Essenzialmente, stabiliscenu funzioni di mappatura non lineari trà e variàbili per mezu di i metudi di dati-. U vantaghju principali di stu tipu di mudellu hè a so applicabilità à diversi tipi di batterie, a so bona versatilità, è a so capacità di simule cumplettamente e caratteristiche non lineari di u cumpurtamentu di a batteria.

In u campu di a gestione è u cuntrollu di e batterie di l'energia, i metudi di apprendimentu automaticu utilizati includenu principalmente logica fuzzy, rete neurali, macchine vettoriali di supportu è i so algoritmi cumminati. In u marzu di u 2016, a vittoria di AlphaGo annantu à u campionu mundiale di Go Lee Sedol hà injectatu una nova vitalità in l'apprendimentu prufondu, attivando una nova onda di ricerca è applicazione, chì hè stata ancu applicata à a gestione di a batteria. Cù abbastanza dati di bateria per a furmazione, stu tipu di mudellu pò ottene un bonu rendimentu predittivu. In ogni casu, stu mudellu ùn manca di significatu fisicu, ùn hè micca interpretabile, è a so prestazione hè assai affettata da a quantità è a qualità di e dati di furmazione, facendu difficiuli di guarantiscia a so affidabilità è robustezza quandu appiicata à i sistemi di gestione di batterie.