Un método para estimar el SOC de la batería LiFePO4 mediante el uso de la fuerza de expansión
Apreciación de la literatura: un método para Estimación del SOC de la batería LiFePO4 mediante el uso de la fuerza de expansión
Información del autor y resumen del artículo
En 2022, el Dr. Peipei Xu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing desarrolló un método para estimar el SOC de la batería en función de la curva de fuerza de expansión de la batería LFP. A través de la verificación experimental, se encontró que bajo diferentes condiciones de trabajo de la batería, la fuerza de expansión fue más sensible al cambio de SOC que el voltaje. Por lo tanto, este artículo propuso un método para estimar la fuerza de expansión de SOC. Primero, se usó LSSVM para construir el modelo de fuerza de expansión, que podría resolver el problema de cambio no monótono entre la fuerza de expansión y el SOC. Combinado con el método de ventana flotante para mejorar la aplicabilidad y la precisión de predicción del modelo, el método de estimación de SOC propuesto puede lograr el error de predicción de 1% ~ 0.54% bajo diferentes temperaturas ambientales y diferentes precargas de la batería,
Esquema de prueba
1. La batería LFP utilizada en este experimento se muestra en la siguiente tabla:
Tabla 1: Información de la batería
2. Equipo y proceso de prueba: probador de expansión in situ (IEST-SWE2100) y equipo de carga y descarga
(CT-8002-5V100A-NTFA). Como se muestra en la siguiente figura.
Figura 1. Equipo de prueba de fuerza de expansión
Fig. 2. Proceso de prueba de la batería
Análisis de resultados
La Figura 3 muestra la curva de voltaje y la curva de cambio de fuerza de expansión obtenidas con un aumento de 1/25C. Se puede ver claramente en la figura que hay una meseta de voltaje en la curva de voltaje en 27% ~ 94% SOC. En este momento, el cambio de voltaje es de solo 0,07 V. Sin embargo, el cambio de fuerza de expansión en este rango es muy obvio. El cambio de la fuerza de expansión en esta etapa se debe principalmente a la transición de fase del grafito del cátodo de LiC12 a LiC6, lo que indica que es muy prometedor usar la fuerza de expansión para estimar el SOC. Sin embargo, también se observa que el cambio de la fuerza de expansión en esta etapa el rango no es monótono, por lo que también desafiará la precisión de la predicción.
Fig. 3. Variación de tensión y fuerza de expansión con SOC en condiciones cuasiestáticas
Para verificar el modelo de predicción SOC, se llevaron a cabo experimentos de fuerza de expansión en dos condiciones dinámicas (NEDC y DST) con diferentes precargas (15 kg y 30 kg) y diferentes temperaturas de prueba (25 ℃ y 45 ℃). Como se muestra en la Figura 4, los resultados muestran que todavía hay una plataforma de voltaje obvia en 20% ~ 90% SOC, y la tendencia de cambio de la fuerza de expansión es similar a la del modo de carga de corriente constante, lo que indica que la fuerza de expansión es no es sensible al cambio dinámico de la corriente, pero es muy sensible al cambio de SOC. Esto se debe principalmente a que el voltaje depende del cambio de la concentración de iones en la superficie del electrodo, y la fuerza de expansión es el cambio de la concentración de iones de la fase del cuerpo del electrodo. Además,
Fig. 4. Curva de tensión de corriente y fuerza de expansión en condiciones de ciclo NEDC y DST
Luego, el autor estableció el modelo LSSVM, lo entrenó y optimizó continuamente, combinado con AUKF para predecir el SOC, que puede realizar la predicción del SOC para diferentes temperaturas, diferentes condiciones dinámicas actuales y diferentes precargas.
Fig 5. Diagrama de flujo de estimación de SOC basado en AUKF y LSSVM
Resumen
En este artículo, el autor presenta un nuevo método para estimar el SOC de la batería LFP mediante el uso de la fuerza de expansión. Basado en el algoritmo LSSVM y AUKF, el error de estimación puede ser inferior al 1% y es aplicable a diferentes condiciones operativas de temperatura, corriente dinámica y precarga. En el futuro, se espera que este método se extienda a otros sistemas de baterías, y también puede establecer modelos de predicción de SOC para baterías en diferentes condiciones de SOH y baja temperatura.
Documentos originales
Peipei Xu, Junqiu Li, Qiao Xue, Fengchun Sun. Un estimador sincrético del estado de carga de las baterías LiFePO4 que aprovecha la fuerza de expansión. Revista de almacenamiento de energía, 50 (2022) 104559.
Recomendación de equipos de prueba relacionados con IEST
Sistema de análisis de expansión in situ (IEST) de la serie SWE: utilizando una plataforma de automatización altamente estable y confiable, equipada con sensores de medición de espesor de alta precisión, puede medir el cambio de espesor y la tasa de cambio de todo el proceso de descarga de carga del núcleo eléctrico, y puede lograr las siguientes funciones:
1. Pruebe la curva de espesor de expansión de la batería bajo presión constante.
2. Pruebe la curva de fuerza de expansión de la batería en condiciones de espacio constante.
3. Prueba de rendimiento de compresión de la batería: módulo de compresión de la curva de tensión-deformación.
4. Prueba paso a paso de la fuerza de expansión de la batería.
5. Control de temperatura diferente: - 20~80 ℃.
