Eine Methode zur Schätzung des Ladezustands einer LiFePO4-Batterie mithilfe der Expansionskraft

Literaturwürdigung: Eine Methode für Schätzung des Ladezustands einer LiFePO4-Batterie mithilfe der Quellkraft

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Autoreninformationen und Artikelzusammenfassung


Im Jahr 2022 entwickelte Dr. Peipei Xu von der Beijing University of Science and Technology eine Methode zur Schätzung des Batterie-SOC basierend auf der Expansionskraftkurve der LFP-Batterie. Durch experimentelle Überprüfung wurde festgestellt, dass die Expansionskraft unter verschiedenen Arbeitsbedingungen der Batterie empfindlicher auf die Änderung des Ladezustands reagierte als die Spannung. Daher wurde in diesem Artikel eine Methode zur Schätzung der Expansionskraft von SOC vorgeschlagen. Zunächst wurde LSSVM verwendet, um ein Expansionskraftmodell zu erstellen, das das Problem der nichtmonotonen Änderung zwischen Expansionskraft und SOC lösen konnte. In Kombination mit der Floating-Window-Methode kann die Anwendbarkeit und Vorhersagegenauigkeit des Modells durch die vorgeschlagene SOC-Schätzmethode verbessert werden Erzielen Sie einen Vorhersagefehler von 1 % bis 0,54 % bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen und unterschiedlichen Vorladungen der Batterie.

 

Testschema


1. Die in diesem Experiment verwendete LFP-Batterie ist in der folgenden Tabelle aufgeführt:


Tabelle 1: Batterieinformationen


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2Testausrüstung und -verfahren: In-situ-Ausdehnungstester (IEST-SWE2100) sowie Lade- und Entladeausrüstung


(CT-8002-5V100A-NTFA). Wie in der Abbildung unten gezeigt.

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Abbildung 1. Ausrüstung zur Prüfung der Expansionskraft

 

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Abb. 2. Batterietestprozess

 

Ergebnisanalyse

 

Abbildung 3 zeigt die Spannungskurve und die Änderungskurve der Expansionskraft, die bei 1/25C-Vergrößerung erhalten wurden. Aus der Abbildung ist deutlich zu erkennen, dass es bei 27 % ~ 94 % SOC ein Spannungsplateau in der Spannungskurve gibt. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Spannungsänderung nur 0,07 V. Allerdings ist die Änderung der Expansionskraft in diesem Bereich sehr offensichtlich. Die Änderung der Expansionskraft in dieser Phase wird hauptsächlich durch den Phasenübergang des Kathodengraphits von LiC12 zu LiC6 verursacht, was darauf hindeutet, dass es sehr vielversprechend ist, die Expansionskraft zur Schätzung des SOC zu verwenden. Es ist jedoch auch zu erkennen, dass sich die Expansionskraft dabei ändert Der Bereich ist nicht monoton und stellt daher auch eine Herausforderung für die Genauigkeit der Vorhersage dar.

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Abb. 3. Variation der Spannung und Expansionskraft mit SOC unter quasistatischen Bedingungen

 

Um das SOC-Vorhersagemodell zu verifizieren, wurden Expansionskraftexperimente unter zwei dynamischen Bedingungen (NEFZ und DST) mit unterschiedlichen Vorlasten (15 kg und 30 kg) und unterschiedlichen Testtemperaturen (25 °C und 45 °C) durchgeführt. Wie in Abbildung 4 dargestellt, zeigen die Ergebnisse, dass es bei 20 % bis 90 % SOC immer noch eine offensichtliche Spannungsplattform gibt und der Änderungstrend der Expansionskraft dem im Konstantstrom-Lademodus ähnelt, was darauf hindeutet, dass die Expansionskraft vorhanden ist unempfindlich gegenüber der dynamischen Änderung des Stroms, aber sehr empfindlich gegenüber der Änderung des Ladezustands. Dies liegt hauptsächlich daran, dass die Spannung von der Änderung der Ionenkonzentration auf der Elektrodenoberfläche abhängt und die Expansionskraft die Änderung der Ionenkonzentration der Elektrodenkörperphase ist. Zusätzlich,

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Abb. 4. Quellkraft- und Stromspannungskurve unter NEFZ- und DST-Zyklusbedingungen

 

Als nächstes erstellte der Autor das LSSVM-Modell, trainierte und optimierte es kontinuierlich und kombinierte es mit der AUKF, um den SOC vorherzusagen, wodurch die SOC-Vorhersage für unterschiedliche Temperaturen, unterschiedliche aktuelle dynamische Bedingungen und unterschiedliche Vorlasten realisiert werden kann.


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Abb. 5. Flussdiagramm der SOC-Schätzung basierend auf AUKF und LSSVM

 

Zusammenfassung

 

In diesem Artikel stellt der Autor eine neue Methode zur Schätzung des Ladezustands einer LFP-Batterie mithilfe der Expansionskraft vor. Basierend auf dem LSSVM- und AUKF-Algorithmus kann der Schätzfehler weniger als 1 % betragen und ist auf verschiedene Betriebsbedingungen wie Temperatur, dynamischer Strom und Vorlast anwendbar. Es wird erwartet, dass diese Methode in Zukunft auf andere Batteriesysteme ausgeweitet wird und außerdem SOC-Vorhersagemodelle für Batterien unter unterschiedlichen SOH- und Niedertemperaturbedingungen weiter etablieren kann.

 

Originaldokumente


Peipei Xu, Junqiu Li, Qiao Xue, Fengchun Sun. Ein synkretistischer Ladezustandsschätzer für LiFePO4-Batterien, der die Expansionskraft nutzt. Journal of Energy Storage, 50 (2022) 104559.


Empfehlung von Testgeräten im Zusammenhang mit IEST


In-situ-Expansionsanalysesystem (IEST) der SWE-Serie: Mithilfe einer äußerst stabilen und zuverlässigen Automatisierungsplattform, die mit hochpräzisen Dickenmesssensoren ausgestattet ist, kann es die Dickenänderung und Änderungsrate des gesamten Lade-Entladeprozesses des elektrischen Kerns messen. und kann folgende Funktionen erreichen:

 

1. Testen Sie die Schwellungsdickenkurve der Batterie unter konstantem Druck.

 

2. Testen Sie die Quellkraftkurve der Batterie unter der Bedingung eines konstanten Abstands.

 

3. Batterie-Kompressionsleistungstest: Kompressionsmodul der Spannungs-Dehnungs-Kurve.

 

4. Schritt-für-Schritt-Test der Batterieausdehnungskraft.

 

5. Unterschiedliche Temperaturregelung: - 20~80 ℃.

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