Haniaethol
Mae ymwrthedd yn un o'r paramedrau allweddol ar gyfer mesur perfformiad batris lithiwm-ion (Li ion), a all adlewyrchu effeithlonrwydd a gallu allbwn pŵer y batri. Fel paramedrau perfformiad eraill batris ïon Li, mae amodau gweithredu yn effeithio ar wrthwynebiad ac yn cynyddu gyda heneiddio batri. Er mwyn dal y dibyniaethau hyn, y dull traddodiadol yw defnyddio ffeiliau cyfluniad tasg synthetig i heneiddio batris ïon Li o dan amodau gwahanol a thorri ar draws profion heneiddio o bryd i'w gilydd i fesur ymwrthedd o dan amodau safonol. Er y gall y dull hwn gael data cywir ar ymddygiad gwrthiant, yn aml ni all y data hyn adlewyrchu'n llawn y newidiadau gwrthiant mewn cymwysiadau ymarferol. Felly, mae'r erthygl hon yn cynnig dull newydd a all dynnu, modelu a rhagweld ymwrthedd yn uniongyrchol o ffeil cyfluniad tasg deinamig y batri. Yn y broses hon, mae echdynnu gwrthiant yn dibynnu'n bennaf ar drin a chofnodi data, tra bod modelu a rhagfynegi yn defnyddio modelau llinellol logarithmig. Gall y dull hwn efelychu a rhagweld newidiadau gwrthiant batris o dan amodau defnydd gwirioneddol yn fwy cywir, gan ddarparu persbectif newydd ar gyfer gwerthuso perfformiad batri a rhagfynegi bywyd.
1. Rhagymadrodd
1.1 Pwysigrwydd a nodweddion ymwrthedd mewnol mewn batris lithiwm-ion
Paramedrau allweddol perfformiad a chymhwysiad:Mae ymwrthedd mewnol, fel cynhwysedd, yn baramedr pwysig ar gyfer disgrifio perfformiad ac ymddygiad oes batris lithiwm-ion. Mewn cymwysiadau megis storio ynni adnewyddadwy a cherbydau trydan, defnyddir gwrthiant mewnol i bennu gallu pŵer batris ac mae'n hanfodol ar gyfer optimeiddio dyluniad systemau batri i fodloni gofynion technegol ac economaidd. Yn y cyfamser, mae ymwrthedd mewnol hefyd yn baramedr allweddol ar gyfer modelu trydanol a thermol batri, gan ddisgrifio ymddygiad deinamig a gwresogi y batri, yn y drefn honno.
Ffactorau aflinol a dylanwadol:Mae gwrthiant mewnol batris lithiwm-ion yn aflinol iawn ac yn cael ei effeithio gan dymheredd gweithredu, cerrynt llwyth, a chyflwr gwefru batri (SOC). Ar ben hynny, dros weithrediad hirdymor, mae'r gwrthiant mewnol yn heneiddio gydag amser cynyddol.
Dulliau mesur traddodiadol a'u cyfyngiadau:Mae yna wahanol ddulliau i bennu ymwrthedd mewnol batris lithiwm-ion, ymhlith y mae technoleg pwls cyfredol yn cael ei ddefnyddio'n gyffredin. Trwy gymhwyso osgled a hyd penodol codi tâl a gollwng cerrynt i'r batri, cofnodir ymateb foltedd y batri, ac yna cyfrifir y gwrthiant mewnol gan ddefnyddio cyfraith Ohm. Gellir defnyddio'r dull hwn yn llwyddiannus o dan amodau labordy i bennu ymwrthedd mewnol batris o dan amodau gwahanol ac olrhain newidiadau mewn gwrthiant mewnol yn ystod y broses heneiddio. Fodd bynnag, ei brif anfantais yw bod angen i'r batri fod yn segur am o leiaf 15 munud cyn ei fesur er mwyn sicrhau sefydlogrwydd thermodynamig, sy'n gyfyngedig mewn cymwysiadau ymarferol oherwydd amser segur technegol ac economaidd systemau storio lithiwm-ion.
1.2 Amcanion a Dulliau Ymchwil
Amcan ymchwil:I ddadansoddi dichonoldeb olrhain yn uniongyrchol ddiraddiad gwrthiant mewnol batris lithiwm-ion o broffil tasg gwirioneddol, a ddefnyddir i heneiddio'r batri am 38 wythnos.
Dull echdynnu gwrthiant mewnol:Yn seiliedig ar y syniad y tu ôl i'r algorithm SRD, mae gwrthiant mewnol yn cael ei dynnu trwy olrhain cychwyn a hyd corbys cerrynt yn ofalus. Gan dybio bod logarithm y gwrthiant echdynnu yn dilyn dosbarthiad arferol, a'i gymedrig yw swyddogaeth aflinol y batri SOC, amcangyfrifir paramedrau'r model gwrthiant mewnol yn wythnosol i olrhain y newidiadau mewn gwrthiant dros amser.
Dull rhagfynegi oedran batri:Gan ddefnyddio paramedrau amcangyfrifedig a rhagdybio tebygolrwydd blaenorol o SOC a rhif beicio, yn unol â rheolau Bayesian a chyfraith cyfanswm tebygolrwydd, cyfrifir dosbarthiad cywir oedran batri trwy fesur y gwerth gwrthiant mewnol newydd a'r SOC cyfatebol. Yn olaf, cymharwch ganlyniadau'r dull arfaethedig â chanlyniadau mesur gwrthiant gan ddefnyddio dulliau traddodiadol ar ôl heneiddio wythnosol.
2. Gwybodaeth fanwl am batris arbrofol, amodau heneiddio, a mesur gwrthiant mewnol
2.1 Profi manylebau batri
Mae'r arbrawf hwn yn defnyddio batri lithiwm-ion silindrog gyda chynhwysedd nominal o 2.5Ah a foltedd enwol o 3.3V. Mae'r batri wedi'i gynllunio yn seiliedig ar anod graffit a catod ffosffad haearn lithiwm (LFP), a ddyluniwyd yn benodol ar gyfer cymwysiadau pŵer uchel, a gall wrthsefyll codi tâl parhaus a gollwng hyd at bedair gwaith y cerrynt enwol.
2.2 Gosod cyflwr heneiddio
Proffil cyfredol a chylch heneiddio: Defnyddiwch y batri heneiddio proffil cyfredol a ddangosir yn Ffigur 1, am wythnos. Mae ei natur unigryw yn gorwedd yn y ffaith bod cerrynt o gyfradd 4C (hy 10A) yn cael ei ddefnyddio ar gyfer codi tâl a rhyddhau mewn dros 95% o achosion. Ar dymheredd heneiddio o 25 gradd C, cymhwyswyd y proffil heneiddio hwn i brofi'r batri am hyd at 38 wythnos. Ar ôl cymhwyso'r proffil cyfredol hwn, dangosir proffil SOC y batri yn Ffigur 2, gyda SOC yn amrywio rhwng 10% a 90%.
2.3 Proses a Chanlyniadau Mesur Gwrthiant Mewnol
Dull mesur a pharamedrau:Ar ôl profion heneiddio wythnosol, mesurir ymwrthedd mewnol y batri gan ddefnyddio technoleg pwls cyfredol. Cymerwyd mesuriadau ar 20%, 50%, ac 80% SOC, gyda chorbys cyfredol ar gyfradd o 4C (10A) am 18 eiliad. Cyn ei fesur, mae angen i'r batri fod yn y modd segur am 15 munud i sicrhau sefydlogrwydd thermodynamig.
Dadansoddiad canlyniad mesur:Ar ôl 38 wythnos o heneiddio cylchol, cynyddodd ymwrthedd mewnol y batri 8.7%, tra gostyngodd gallu'r batri fwy na 15% o'i gymharu â'r gwerth mesur cychwynnol. Mae hyn yn dangos, yn ystod y broses heneiddio, er bod gallu'r batri yn lleihau'n sylweddol, mae'r cynnydd mewn ymwrthedd mewnol yn gymharol fach, gan adlewyrchu newidiadau perfformiad y batri o dan y cyflwr heneiddio hwn. Mae hyn yn darparu sail data ar gyfer ymchwil pellach ar y berthynas rhwng gwrthiant mewnol batri a SOC, a sefydlu modelau gwrthiant mewnol.
3. Dull a nodweddion cysylltiedig ar gyfer echdynnu gwrthiant mewnol batri o broffiliau deinamig
3.1 Egwyddor echdynnu gwrthiant mewnol yn seiliedig ar broffil deinamig
Er mwyn tynnu gwrthiant mewnol y batri o'r proffil deinamig a ddangosir yn Ffigur 1, mae angen olrhain y cerrynt I a'r foltedd V_s cyn dechrau'r pwls cerrynt. Os yw'r cerrynt, y foltedd, a'r V_s ar adeg benodol t yn hysbys, yna yn ôl cyfraith Ohm:
Cyfrifwch y gwrthiant ar y foment honno. Yr allwedd yw penderfynu pryd a sut i ddiweddaru V_s. Yn seiliedig ar y newid mewn cerrynt o amser t i (t+1), gellir ei rannu i'r tair sefyllfa ganlynol:
3.2. Yn diweddaru dull V_s o dan newidiadau cyfredol gwahanol
Newidiadau cyfredol o 0 i ddi-sero (Senario 1):Mae V{{0}}s yn cael ei ddiweddaru i'r gwerth foltedd olaf pan oedd y cerrynt yn 0 diwethaf (hy (V{{_t)). Mae'r dull hwn yn dibynnu ar yr amser ymlacio rhwng corbys cerrynt i wneud i foltedd y batri gyrraedd (neu ddynesu) y foltedd cylched agored (OCV). Po hiraf yr amser ymlacio, y mwyaf cywir yw'r amcangyfrif o wrthwynebiad batri.
Mae'r presennol yn newid o un gwerth di-sero i werth di-sero arall (Senario 2):Mae'r sefyllfa'n gymhleth. Os yw amser segur olaf y batri yn fyr, gellir defnyddio'r V_s sydd wedi'i storio ar hyn o bryd i bennu'r gwrthiant, ond po hiraf yw'r amser segur, y lleiaf cywir fydd y gwerth. I gael model mwy cywir, mae'r erthygl hon yn anwybyddu'r gwrthyddion a echdynnwyd mewn achosion o'r fath. Mae dau ateb posibl i'r broblem hon:
Un yw ystyried newid cerrynt o'r gwerth presennol, fel bod sefyllfa 2 yn gallu cael ei drawsnewid i sefyllfa 1 (hy os ydw i2- I2 {t-1}<€) and (I2 {t+1} - I2- t>€), yna gadewch (V_s=V_t);
Yn ail, os yw SOC y batri yn hysbys a bod model perthynas rhwng OCV a SOC, gellir defnyddio'r berthynas hon i ddiweddaru V_s i wella cywirdeb amcangyfrif gwrthiant mewnol.
Erys y presennol heb ei newid (Senario 3):Os|Rwy'n2- I2 {t+1} |<=&, V_s does not need to be updated. Simply calculate the resistance at time t+1 using the formula and proceed to the next iteration.
3.3 Dylanwad y cyfnod ymlacio ar y dull echdynnu
The internal resistance is affected by the length of the current pulse, and it takes time for the battery to reach thermodynamic stability after the current interruption. Tracking the previous pulse length L and relaxation period length T is beneficial. By comparing the resistance identification results under two conditions: requiring a relaxation period at least as long as the previous current pulse (T>=L) and requiring only 1 second relaxation period (T>1), astudir dylanwad cyfnod ymlacio ar berfformiad y dull echdynnu. Mae'r gwerthoedd gwrthiant mewnol a dynnwyd mewn dwy senario wedi'u dynodi fel R_i a bar, yn y drefn honno {R}_i .
3.4 Nodweddion amcangyfrif gwrthiant mewnol
Oherwydd y defnydd o hyd pwls 18 eiliad i fesur gwrthiant mewnol ar ôl heneiddio bob wythnos, mae'r gwrthiant mewnol a dynnwyd gan ddefnyddio'r dull arfaethedig yn cael ei ddiffinio fel y gwerth gwrthiant R_i=R{{3} } {i, 18s} ar ôl 18 eiliad. Mae'r cerrynt yn y proffil heneiddio deinamig ystyriol (Ffigur 1) yn amrywio'n bennaf ar yr un osgled cyfradd C, felly amcangyfrifir ymwrthedd mewnol y batri yn yr ystod gyfredol o 9.5A-10.5A yn unig, sy'n helpu i (1) ynysu dibyniaeth gwrthiant mewnol ar gerrynt, a (2) gwirio'r dull arfaethedig heb ragfarn.
4. Perthynas rhwng ymwrthedd mewnol batri a SOC, a dadansoddiad o ragfynegiad oedran batri
4.1 Perthynas a Sefydlu Model rhwng Gwrthsafiad Mewnol a SOC
Deddf amrywiad gwrthiant mewnol gyda SOC:Ar ôl cael ei effeithio gan dymheredd ynysu, cerrynt (cyfradd C), a hyd curiad y galon, dim ond gyda SOC y mae gwrthiant mewnol y batri a brofir yn newid ac yn cynyddu gyda heneiddio batri. O ystyried bod gwrthiant mewnol y batri yn cynyddu pan fydd y SOC yn agosáu at 0 ac 1, defnyddiwch:
Disgrifiwch ei berthynas â SOC a chymerwch ei logarithm i ddangos llinoledd yn y gofod paramedr, sy'n hwyluso amcangyfrif paramedr. Gan dybio gwrthiant y batri am wythnos benodol \ (w \)
Ufuddhewch ddosraniad normal gyda chymedr o {{0}} ac amrywiant o-2, ac nid yw'r amrywiant yn amrywio gyda'r wythnos. Amcangyfrifwch y paramedrau gan ddefnyddio'r dull tebygolrwydd mwyaf, gan dybio bod beta_ {1, w} a beta_ {2, w} ill dau yn llai na neu'n hafal i 0.
Model dilysu data arbrofol:Yn seiliedig ar y proffil heneiddio a'r dull a grybwyllir uchod, gosodwyd y gwerthoedd gwrthiant mewnol a dynnwyd (gweler Ffigur 7 a Ffigur 8, dotiau du) gyda'r model uchod. Mae'r llinell las yn cynrychioli'r mynegai gwrthiant logarithmig disgwyliedig, yr ardal wedi'i lliwio yw'r cyfwng hyder 95%, ac mae'r dotiau coch a'r llinellau toredig yn cynrychioli'r gwerthoedd mesur arolygu wythnosol a'r gwerthoedd model gosod misol cyfatebol, yn y drefn honno. Wrth gymharu'r canlyniadau o dan ddau ofyniad cyfnod ymlacio, mae cyfnod ymlacio llym yn lleihau nifer y gwerthoedd gwrthiant mewnol, ond yn lleihau'r amrywiad yn sylweddol. Cyfrifwch y gwall canrannol absoliwt (APE) i wirio cywirdeb y dull. Yn y rhan fwyaf o achosion, mae'r APE canolrif yn Ffigur 9 yn llai na 4.5%, sy'n nodi y gall y dull adnabod gwrthiant mewnol arfaethedig ddisodli dulliau traddodiadol (sy'n ei gwneud yn ofynnol i'r batri fod yn segur am 15 munud). Mae Ffigur 11 yn dangos, dros amser, wrth i'r paramedr beta leihau, bod gwyriad safonol y model yn gostwng yn gyntaf ac yna'n cynyddu. Mae'r gostyngiad mewn beta_ {1, w} a beta{{10} {2, w} yn achosi i'r gwrthiant mewnol gynyddu'n gyflymach pan fydd y SOC yn agosáu at 1. Mae'r paramedr beta yn rheoli'r isafswm gwrthiant mewnol disgwyliedig pan fo'r SOC yn 0.5, sy'n parhau i fod yn gymharol sefydlog yn ystod y broses heneiddio.
4.2. Rhagfynegi a Dadansoddi Oedran Batri
Egwyddor rhagfynegi ar sail model:Yn seiliedig ar y model perthynas rhwng gwrthiant mewnol a SOC a grybwyllir uchod, gall gwybod gwerth SOC ac oedran batri (wythnosau) ragweld ymwrthedd mewnol y batri yn gywir. Fel arall, mae angen penderfynu
Defnyddio dosbarthiad tebygolrwydd i amcangyfrif oedran batri. Ar gyfer hyn, mae angen tybio dosbarthiad tebygolrwydd SOC, rhif cylch, a gwrthiant mewnol SOC, Dosbarthiad ar y cyd o wythnosau. Gan dybio bod SOC a rhif beicio yn annibynnol ymlaen llaw, mae SOC batri yn dilyn dosbarthiad unffurf parhaus ar gyfwng uned, ac mae rhif beicio yn dilyn dosbarthiad unffurf arwahanol ar set o gylchoedd posibl. Yn ôl rheol Bayes a chyfraith cyfanswm tebygolrwydd, cyfrifwch y dosraniad ôl:
Crynhowch ddosbarthiad ôl y cylchoedd batri yn ôl canolrif wedi'i bwysoli a rhanbarth dwysedd ôl uchel (HPD), lle mae'r rhanbarth HPD 95% yn cynrychioli'r cyfuniad rhanbarth lleiaf gyda thebygolrwydd cyfuniad (ardal o dan y gromlin) o 95%.
Dadansoddiad o ganlyniadau rhagfynegi o dan wahanol wrthiannau mewnol a SOC:Pan fo'r gwrthiant mewnol yn 15m Ω, mae'r dosbarthiad tebygolrwydd ôl ar 20% ac 80% SOC bron yr un fath, gydag ystod canolrif wedi'i bwysoli o 17.4-24.7 wythnos. Mae'r rhanbarth HPD 95% yn cwmpasu'r cyfnod heneiddio cyfan (1-38 wythnos), gan ei gwneud hi'n anodd gwahaniaethu oedran batri. Mae hyn yn gyson â'r ffaith bod gwrthiant mewnol y batri ond yn cynyddu 8.7% ar ôl 38 wythnos o heneiddio, ac oherwydd bod beta_ {2, w} yn gostwng yn gyflymach na beta_ {1, w }, mae gwahaniaethau yn y dosbarthiad posterior ar 20% a 80% SOC (gweler Ffigur 12-14). Pan fydd y gwrthiant mewnol yn cynyddu i 20m Ω, mae tebygolrwydd o 95% y bydd y batri yn fwy na 22.8 wythnos a 27.5 wythnos ar 20% a 80% SOC, yn y drefn honno. Ar 50% SOC, mae gan y dosraniad ôl-debygolrwydd uwch ar 1-10 wythnos a 23-38 wythnos. Mae hyn oherwydd y gostyngiad mewn gwerthoedd mesur gwrthiant mewnol ger 50% SOC yn y cyfnod cynnar o heneiddio a'r cyfraddau cyflymu gwahanol o gynnydd gwrthiant mewnol ar wahanol SOC (gweler Ffigur 15-17).
5. Crynodeb
Dull adnabod a modelu gwrthiant mewnol:Mae'r astudiaeth hon yn cynnig dull ar gyfer nodi ymwrthedd mewnol batri yn uniongyrchol o broffiliau heneiddio deinamig a modelu ei ymddygiad diraddio. Trwy olrhain y newidiadau yn y proffil cyfredol yn ofalus a defnyddio cyfraith Ohm i gyfrifo'r gwrthiant ar bob eiliad, diffinnir y gwrthiant mewnol fel y gwrthiant ar ôl 18 eiliad o godi tâl parhaus, ac mae'n gyfyngedig i'r amod bod y cyfnod ymlacio o leiaf mor gyflym. cyhyd â'r pwls presennol blaenorol. Mae'r gwrthiant mewnol wedi'i dynnu am wythnos benodol wedi'i fodelu fel swyddogaeth linellol logarithmig SOC, sy'n gyson iawn â'r gwrthiant mewnol a fesurir gan ddulliau traddodiadol.
Dadansoddiad sefydlogrwydd gwrthiant mewnol:Mae'r dadansoddiad yn dangos, o'i gymharu â'r gyfradd uwch o gynnydd gwrthiant mewnol ar 20% a 80% SOC, mae'r gwrthiant mewnol a dynnwyd ger 50% SOC yn eithaf sefydlog o fewn ychydig wythnosau, sy'n gwbl gyson â'r canlyniadau a gafwyd trwy ddulliau traddodiadol.
Y fframwaith ar gyfer cyfrifo dosbarthiad tebygolrwydd ôl o oedran batri:Gellir integreiddio'r dull arfaethedig yn y fframwaith ar gyfer cyfrifo dosbarthiad tebygolrwydd ôl o oedran batri. Yn seiliedig ar y gwerth gwrthiant mewnol wedi'i fesur a SOC, gellir pennu dosbarthiad tebygolrwydd y batri yn \ (w \) wythnos oed, sy'n helpu i amcangyfrif bywyd defnyddiol (RUL) y batri ymhellach, ond bydd y rhan hon yn cael ei gadael. ar gyfer ymchwil yn y dyfodol.
Yn ogystal ag amcangyfrif RUL, estyniad syml arall o'r fframwaith ymchwil hwn yw dysgu ymddygiad SOC a'i berthynas â defnydd batri, na chafodd sylw yn y papur hwn a gellir ei archwilio ymhellach yn y dyfodol i gael dealltwriaeth fwy cynhwysfawr o berfformiad batri ac optimeiddio. rheoli batri.