Nola kalkulatu karga-egoera?
SOC estimazioa
Bateriaren karga-egoera (SOC) bateria erabiltzeko garaian parametro garrantzitsuenetako bat da. SOC-ek karga/deskarga tasa (korrontea), tenperatura, auto-deskarga eta zahartzea bezalako faktoreek eragiten dutenez, bateriek ez-linealtasun handia erakusten dute erabileran zehar, eta zaila da SOC zehatza kalkulatzea.
SOC zenbatesteko metodoak
Normalean erabiliaSOC zenbatesteko metodoakbesteak beste, deskarga-esperimentu metodoa, ampere-orduko integrazio metodoa, zirkuitu irekiko-tentsio metodoa, karga-tentsio metodoa, barne-erresistentzia metodoa, sare neuronalaren metodoa eta Kalman iragazketa metodoa.
1) Deskarga esperimentuen metodoa. Deskarga esperimentuen metodoa SOC estimazio metodo fidagarriena da. Deskarga etengaberako korronte konstantea erabiltzen du, eta deskarga-korrontearen eta denboraren arteko biderkadura geratzen den karga da. Deskarga-esperimentuaren metodoa maiz erabiltzen da laborategietan eta bateria guztietan aplikagarria da, baina bi eragozpen nabarmen ditu: batetik, denbora asko behar du; bigarrenik, bateriaren funtzionamendua eten behar da. Deskarga esperimentuen metodoa ez da egokia mugimenduan dauden ibilgailu elektrikoetarako, baina ibilgailu elektrikoen baterien mantentze-lanetarako erabil daiteke.
2)Ampere-orduko integrazio metodoa. Ampere-orduen integrazio-metodoa SOC estimazio-metodo erabiliena da. Hala ere, metodo honek arazo hauek ditu: zehazgabeakorrontearen neurketaSOC kalkuluaren desbideratzea dakar, eta akatsak denborarekin pilatu eta handiagoak dira; bateriaren karga-{0}}deskargaren eraginkortasuna kontuan hartu behar da; erroreak handiagoak dira-tenperatura altuko baldintzetan edo bateriak gorakada bortitza denean. Korronteen neurketa okerrak-errendimendu handiko korronte sentsoreak erabiliz konpon daiteke, baina kostua handitzen da; karga-deskarga-eraginkortasuna ebazteko, datu esperimental ugari menperatzea eta karga--deskarga-eraginkortasunaren formula enpirikoak ezartzea eskatzen du. Ampere-orduko integrazio metodoa ibilgailu elektrikoen bateria guztietan erabil daiteke. Uneko neurketa zehatza bada eta hasierako estimazio-egoerarako datu nahikoak badaude, SOC estimazio metodo sinple eta fidagarria izan daiteke.
3)-Zirkuitu irekiko tentsio-metodoa. Deskargaren amaieran bateria baten zirkuitu irekiko -tentsioa bateriaren indar elektroeragiletik hurbil dago. Kobalto-azidozko bateria baten indar elektroeragilea elektrolito-kontzentrazioaren funtzioa da, eta bateriaren deskargarekin proportzionalki gutxitzen da; beraz, zirkuitu irekiko-tentsioa erabil daiteke SOC kalkulatzeko. -Zirkuitu irekiko tentsioaren eta SOC arteko erlazioaren linealtasuna MH/Ni baterien eta litio-ioizko pilen ez da kobalto-azidozko bateriena bezain ona, baina haiei dagokien erlazioa oraindik ere erabil daiteke SOC kalkulatzeko, batez ere kargaren hasieran eta amaieran emaitza hobeak lortuz. Zirkuitu irekiko -tentsioaren metodoaren desabantaila nabarmena da bateriak denbora luzez atseden hartu behar duela tentsioa egonkortzeko, eta hainbat ordu edo hamar ordu baino gehiago behar izaten ditu bateriaren egoera funtzionamendutik egonkortasunera berreskuratzeko, eta horrek zenbait zailtasun eragiten ditu neurketan; atsedenaldia zenbat denbora behar den zehaztea ere arazo bat da, beraz, metodo hau bakarrik erabiltzen denean aparkatuta dauden ibilgailu elektrikoetarako soilik da egokia. Zirkuitu irekiko-tentsioaren metodoak SOC estimazio-errendimendu ona du kargaren hasieran eta amaieran eta sarritan erabiltzen da ampere-orduko integrazio metodoarekin batera.
4) Karga-tentsioaren metodoa. Deskarga berehala hasten den unean, tentsioa azkar aldatzen da-zirkuitu irekiko tentsio-egoeratik karga-tentsio-egoerara. Bateriaren karga-korrontea konstante mantentzen denean, SOC-rekin karga-tentsioaren aldakuntzaren eredua SOC-ko zirkuitu irekiko -tentsioaren antzekoa da. Karga-tentsioaren metodoaren abantaila da bateria-paketearen SOC-a denbora errealean kalkula dezakeela eta emaitza onak dituela etengabeko-korronte deskargatzean. Aplikazio praktikoetan, gidariaren bateria-tentsioak zailtasunak ekartzen ditu karga-tentsioa erabiltzeko. Arazo hau konpontzeko, bateriaren tentsioaren datuen, karga dinamikoaren tentsio independentearen eta SOCren eredu matematiko bat behar da; horregatik, karga-tentsioaren metodoa oso gutxitan aplikatzen da benetako ibilgailuetan, baina askotan bateriaren karga--deskarga-mozketaren irizpide gisa erabiltzen da.
5) Barne Erresistentzia Metodoa. Bateriaren barne-erresistentzia AC barne-erresistentzia eta DC barne-erresistentzian banatzen da, biak SOC (State of Charge)-rekin oso lotuta daudenak. Bateriaren AC inpedantzia bateriaren tentsioaren eta korrontearen arteko transferentzia-funtzioa da, aldagai konplexu bat bateriaren korronte korrontearekiko erresistentzia adierazten duena, eta AC inpedantzia neurgailu baten bidez neurtzen da. Bateriaren AC inpedantzia asko eragiten du tenperaturak; Bateria finkatu ondoren edo kargatu eta deskargatzean zirkuitu irekian neurtu ala ez-egoeran eztabaidagarria da eta oso gutxitan erabiltzen da benetako ibilgailuetan. DC barne-erresistentziak bateriaren korronte korrontearekiko duen erresistentzia adierazten du, denbora oso laburrean bateriaren tentsioaren aldaketaren eta korrontearen aldaketaren erlazioaren berdina. Benetako neurketan, bateria korronte konstante batean kargatzen edo deskargatzen da zirkuitu irekiko-egoera batetik hasita; karga-tentsioaren eta -zirkuitu irekiko tentsioaren arteko aldea denbora-tarte berean, korrontearen balioarekin zatituta, DC barne-erresistentzia da. Berun-azidozko piletarako, DC barne-erresistentzia nabarmen handitzen da deskargaren azken etapetan eta bateriaren SOC-a kalkulatzeko erabil daiteke; MH/Ni baterien eta litio-ioizko baterien DC barne-erresistentzia aldakuntza berun-azidozko baterien eta ez da hain ohikoa erabiltzen. DC barne-erresistentziaren magnitudeak kalkulu-denboraren arabera eragiten du. Denbora-tartea 10 ms baino laburragoa bada, barne-erresistentzia ohmikoa soilik detekta daiteke; denbora-tartea luzeagoa bada, barne-erresistentzia konplexuagoa bihurtzen da. Zelula bakar baten barne-erresistentzia zehaztasunez neurtzea zaila da, DC barne-erresistentzia metodoaren eragozpen bat da. Barne-erresistentzia-metodoa egokia da bateria baten karga-egoera (SOC) deskargaren azken faseetan kalkulatzeko eta ampere-orduko integrazio metodoarekin batera erabil daiteke.
6) Sare neuronalaren metodoa. Bateria oso sistema ez-lineala da, eta zaila da bere karga--deskarga-prozesurako eredu matematiko zehatz bat ezartzea. Sare neuronalek oinarrizko ezaugarri ez-linealak, egitura paraleloa eta ikasteko gaitasuna dute. Kanpoko kitzikapenetarako dagozkion irteerak sor ditzakete eta horrela bateriaren ezaugarri dinamikoak simulatu ditzakete SOC kalkulatzeko. Bateriaren SOC kalkulatzeko 3 geruzako sare neuronal tipikoa erabiltzen da normalean: sarrerako eta irteerako geruzetako neurona kopurua benetako arazoaren eskakizunek zehazten dute eta, oro har, funtzio lineala da; ezkutuko geruzako neurona kopurua arazoaren konplexutasunaren eta behar den analisiaren zehaztasunaren araberakoa da. Bateriaren SOC kalkulatzeko gehien erabiltzen diren sarrera-aldagaiak tentsioa, korrontea, metatutako deskarga-ahalmena, tenperatura, barne-erresistentzia eta giro-tenperatura dira. Neurona-sareko sarrera-aldagaien hautaketa egokia den eta aldagai kopurua egokia den ala ez zuzenean eragiten dute ereduaren zehaztasunean eta karga konputazionalari. Neurona-sarearen metodoa hainbat bateritarako aplikagarria da, baina bere desabantaila da entrenamendurako erreferentzia datu ugari behar dituela eta estimazio-errorea entrenamendu-datuek eta prestakuntza-metodoek asko eragiten dutela.
7)Kalman iragazki metodoa. Kalman iragazkien teoriaren oinarrizko ideia sistema dinamiko baten egoeraren estimazio optimoa bariantza minimoaren zentzuan egitea da. Bateriaren SOC estimazioari aplikatzen zaionean, bateria sistema dinamikotzat hartzen da eta SOC bere barne-egoeretako bat da. Bateriaren SOC kalkulatzeko Kalman iragazki metodoari buruzko ikerketak azken urteotan baino ez dira hasi. Metodo hau egokia da hainbat bateritarako eta, beste metodo batzuekin alderatuta, bereziki egokia da ibilgailu elektrikoen bateria-paketeen SOC kalkulatzeko, korronte gorabehera handiak dituztenak. SOC estimazioa ez ezik, SOC estimazio errorea ere ematen du. Hala ere, metodo honen desabantaila algoritmoa konplexuegia dela eta sistemaren konputazio-gaitasun handia eskatzen duela da, beraz, oraindik ez da fase praktikoan sartu.
SOC zenbatesteko metodo ezberdinen-ikerketa sakonen bidez, ampere-orduen integrazio metodoa aukeratu zen hasieran oinarri gisa. Bateriaren korrontea zehatz-mehatz neurtuz, -zirkuitu irekiko tentsioaren metodoarekin konbinatuta eta bateriaren karga-deskargaren eraginkortasuna, tenperatura, zahartzea eta auto-deskarga bezalako faktoreak kontuan hartuta, ibilgailu elektriko hutsen potentziaren bateriaren kudeaketa dinamikoa lortzen da. Ibilgailu elektriko hutsetan, bateria-paketeak, funtsean, -karga osoa eta deskarga osoa-egoeran funtzionatzen du, eta kargatze-prozesuaren zatirik handiena etengabeko-uneko kargatzen da. Kargatzen amaitu ondoren, hasierako balioa zehazteko puntu nahiko egonkorra dago (kargatzen amaitzen denean, SOC % 100ekoa edo apur bat gainkargatuta dago). Bateriaren karga-deskargaren eraginkortasuna oso handia bada (% 95etik gora), karga-deskargaren eraginkortasuna 1 edo balio konstante jakin baten berdina izan daiteke. SOC kalkulatzeko metodo hau erabiliz emaitza nahiko onak lor daitezke. Karga--deskarga-ziklo bakoitzaren metatutako errorea, funtsean, ezabatzen da hurrengo karga amaitzen denean hasierako SOC balioaren berkalibratzearekin batera.
Bateriaren tentsioaren, korrontearen eta tenperaturaren informazioaren -zehaztasun handiko neurketak eginez, SOC estimazio-sarreren zehaztasuna bermatzeko; bateria-eredu eraginkor bat ezarriz, analisi teorikoaren eta datu esperimentalen doikuntzaren bidez; karga eta deskargaren amaieran SOC zuzenduz, metatutako SOC akatsak ezabatzeko; eta bateriaren karga-deskargaren eraginkortasun-faktoreak, tenperatura, zahartzea eta auto-deskargaren efektuak kontuan hartuta, sistemaren SOC-aren-zehaztasun handiko estimazioa lortzen da. Karga kalkulatzeko-bateria-egoera-algoritmoa 17-12 irudian ageri da.
(1) SOC hasierako balioa kalkulatzeko metodoaSOC hasierako balioa piztuta-itzaltzean gordetako SOC eta tenperatura-OCV-SOC bilaketa-taulan lortutako SOC biderkatuz lortzen da, sistema lineaz kanpoko denborarekin erlazionatutako koefiziente batekin. SOC hasierako balioa irakurri behar da sistema pizten den bakoitzean.
(2) Banakako zelula SOC balioaren kalkulua eta zelula banakako SOC balioaren zuzenketa SOH balioaren araberaBateriaren edukiera taulan begiratuz lortzen da tenperatura eta karga-korrontea erabiliz, eta bateriaren edukiera zuzentzen da taula begiratuz SOH erabiliz. Korrontea ampere-ordu metodoa erabiliz integratzen da eta ondoren SOC aldaketa-balioa lortzeko ahalmenarekin zatitzen da. SOC aldaketaren balioa hasierako balioari gehitzen zaio gelaxka indibidualaren SOC balioa lortzeko.
(3) SOC bateria-paketearen kalkuluaSistema berriro pizten bada, irakurritako SOC hasierako balioa bateria-paketearen SOC gisa hartuko da; Deskarga-egoeran badago, bateria-paketearen SOC-ak gutxieneko balioa irakurtzen du zelula banakako SOCen artean; Kargatzeko egoeran eta kargatzen ez bada, SOC bateria-paketeak SOC moduluaren gehienezko balioa irakurtzen du; Kargatzeko egoeran eta kargatzen amaitu bada, bateria-paketearen SOC 1ean ezarriko da.
(4)SOC zelula indibidualaren zuzenketa metodoa karga/deskargaren amaieranSistema kargatzeko egoeran badago eta bateria-paketearen SOC 0,8 baino handiagoa bada, sistema kargatzearen amaieran dagoela definitzen da; sistema deskargatzeko egoeran badago eta bateria-paketearen SOC 0,3 baino txikiagoa bada, sistema deskargaren amaieran dagoela definitzen da. Sistema karga/deskargaren amaieran badago, SOC zuzendu behar da. Karga/deskargaren amaieran SOC kalkulu-metodoa SOC balioa lortzea da taulan tenperatura, karga/deskarga korrontea eta tentsioa erabiliz.
