Parçacık Filtreleme Tabanlı Kesintisiz Güç Kaynağı Sistemlerinde Kullanılan Lityum İyon Bataryalar için Takvim Yaşlanması Araştırması

Özet

Çalışma, yavaş ve ölçmesi zor takvim yaşlanmasının egemen olduğu UPS bataryalarında sağlık durumu (SOH) ve kalan faydalı ömrün nasıl doğru tahmin edilebileceğini soruyor. Kapasite kaybı y_k = A(SOC)·exp(-Ea/RT)·k^z olarak modelleniyor (k gün); yalnızca SEI büyümesi kapasite kaybını yönetiyorsa z = 0,5. SCADA ortam sıcaklığı ve şamandıra gerilimini sabit gösterdiği için model y_k = α·k^z'ye indirgeniyor. Her hücre için parçacık filtresi SOH ve RUL'u tahmin ediyor; paket ve grup RUL'u, seri bağlı hücrelerin minimumu olarak alınıyor.

UPS hücreleri 100 Ah, 3,6 V LFP; bir batarya grubu yedi paket ve her paket on iki seri hücre içeriyor. Takvim yaşlanması protokolü: hücre başına 3,6 V veya paket başına 580 V'a 0,3 C (30 A) CC-CV şarj, 25 °C'de depolama ve hücre 3,35 V'un altına düşerse yeniden şarj, yarım ayda bir kapasite kontrolü. Yaklaşık yarım yılda on üç kapasite doğrulama noktası toplandı.

Sonuçlar: hücre başına SOH tahmin RMSE'si %0,15 ile %9,07 arasında (MAPE %0,16 ile %6,85). Ömür sonu nominal kapasitenin %50'si olarak tanımlandığında hücre başına RUL tahminleri 194 ile 1950 gün arasında değişti ve paket RUL'u (en zayıf hücre) 194 gündü. Yani tek bir zayıf hücre, diğer hücrelerin yıllarca ömrü kalmış olsa bile tüm dizinin değiştirme tarihini belirleyebiliyor.

Sınırlar: yalnızca yaklaşık yarım yıllık test verisi ve sabit sıcaklık ile şamandıra gerilimi varsayımı; uzun vadeli tahminler çok kısa bir veri penceresine dayanıyor ve RUL aralığı (194-1950 gün) büyük belirsizlik gösteriyor. Parçacık filtresinin ayarlanabilir parametreleri ızgara yöntemiyle UPS LFP bataryalarına ayarlandı.

Öne çıkan noktalar

1. Takvim yaşlanması y_k = A(SOC)·exp(-Ea/RT)·k^z olarak modelleniyor (k gün); yalnızca SEI büyümesi kapasite kaybını yönetiyorsa z = 0,5. Sabit sıcaklık ve şamandıra geriliminde model y_k = α·k^z.
2. UPS hücreleri 100 Ah, 3,6 V LFP; bir batarya grubunda yedi paket ve her pakette on iki seri hücre var.
3. Protokol: hücre başına 3,6 V veya paket başına 580 V'a 0,3 C (30 A) CC-CV şarj, 25 °C'de depolama, hücre 3,35 V altına düşerse yeniden şarj, yarım ayda bir kapasite kontrolü.
4. Yaklaşık yarım yılda on üç kapasite doğrulama noktası toplandı.
5. Hücre başına SOH tahmin RMSE'si %0,15 ile %9,07 arasında (MAPE %0,16 ile %6,85).
6. Ömür sonu nominal kapasitenin %50'si olarak tanımlandığında hücre başına RUL tahminleri 194 ile 1950 gün arasındaydı; paket RUL'u (minimum hücre) 194 gündü.

Tasarımda kullanımı

• UPS batarya değiştirme planını dizi ortalaması yerine en zayıf hücrenin RUL'una göre yapın; seri dizide tek hücre diğerleri yıllarca ömre sahipken bile tüm dizinin değiştirme tarihini belirler.
• Şamandıra şarjındaki LFP bataryalar için takvim yaşlanmasını gün^0,5 türü güç yasası modelleriyle ve periyodik kapasite doğrulamasıyla izleyin; BMS'e hücre bazlı SOH ve RUL tahmini ekleyin.
• Kısa bir veri penceresine dayalı RUL tahminlerini belirsizlik aralığıyla (örneğin 194-1950 gün) raporlayın ve yeni kapasite ölçümleriyle güncelleyin.

Kimler okumalı

UPS batarya bakım ve değiştirme planlaması yapan tesis mühendisleri ve BMS geliştiricileri.

Belgenin bölümleri

1. 1. Giriş (1.1 Araştırma arka planı ve motivasyonu, 1.2 Literatür taraması, 1.3 Ana katkılar)
2. 2. Batarya takvim yaşlanması modellemesi
3. 3. Metodoloji (3.1 Batarya hücresi SOH tahmin algoritması, 3.2 Batarya paketi ve grubu SOH tahmin algoritması, 3.3 Batarya hücresi RUL tahmin algoritması, 3.4 Batarya paketi ve grubu RUL tahmin algoritması)
4. 4. Sonuçlar ve tartışma (4.1 Deneysel test düzeneği, 4.2 Sonuçlar ve analiz: SOH tahmini, RUL tahmini)
5. 5. Sonuçlar

İlgili standartlar

• IEC 62040-3

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Wei Xu; Hongzhi Tan

Yayıncı

World Electric Vehicle Journal (MDPI AG)

Yıl

2023

Cilt

14

Sayı

8

Sayfalar

209

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.3390/wevj14080209

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.mdpi.com

Künye