Abstract
Txhawm rau kom muaj kev ua tau zoo ntawm cov roj teeb lithium-ion hauv kev siv xws li tsheb hluav taws xob, nws yuav tsum siv lub roj teeb tswj kev tswj hwm (BMS) los saib xyuas lawv cov xwm txheej. Rau lub hom phiaj no, cov cuab yeej tsis-invasive yuav tsum tau saib xyuas lub roj teeb ntawm lub ntsuas hluav taws xob. Kab lus no qhia txog ib txoj hauv kev los rho tawm cov ntaub ntawv electrode (qhov muaj peev xwm sib npaug, muaj peev xwm, thiab lithiation tus nqi raws li lub luag haujlwm ntawm lub roj teeb them lub xeev) los ntawm cov roj teeb them thiab tawm. Tus qauv pseudo OCV tau siv los txiav txim siab cov ntaub ntawv no, uas tuaj yeem txo qhov kev tsis ncaj ncees ntsig txog roj teeb overvoltage. Qhov tseeb ntawm qhov yuav tsum tau muaj nyob rau hauv pseudo OCV nruab nrab (nruab nrab ntawm kev tso tawm thiab nqi) kev ntsuas ntawm LFP / graphite lithium-ion roj teeb yog kwv yees li 1 mV. Txoj kev no tuaj yeem siv rau txhua lub roj teeb chemistry.
1. Taw qhia
Qhov kev thov rau LIBs saib xyuas:Kev siv cov roj teeb lithium-ion hauv kev siv xws li lub tsheb hluav taws xob yuav tsum muaj lub roj teeb tswj kev tswj hwm (BMS) los saib xyuas lawv cov xwm txheej kom muaj kev nyab xeeb, kev ua haujlwm zoo dua, thiab lub neej ntev.
Shortcomings thiab kev txhim kho ntawm kev soj ntsuam ib txwm:Kev lig kev cai, LIBs tau saib xyuas raws li 'tag nrho', tsis muaj ntaub ntawv hais txog lawv lub xeev sab hauv. Qhov tseeb, cov roj teeb lithium-ion muaj ntau yam khoom siv sab hauv nrog rau qhov zoo thiab tsis zoo electrodes, electrolyte, thiab cais. Cov kab lus no yog tsom xyuas cov txheej txheem electrode ntawm LIBs rau kev tswj kom zoo dua qub, nrog rau kev ua kom pom tseeb ntawm kev txiav txim siab electrode muaj peev xwm thiab muaj peev xwm sib npaug raws li kev ua haujlwm ntawm roj teeb lub xeev ntawm tus nqi (SOC).
Kab lus no muab cov ntsiab lus ntawm txoj kev:Ib txoj hauv kev raws li tus qauv pseudo OCV yog npaj los txiav txim lub xeev ntawm LIBS electrodes. Tus yam ntxwv ntawm txoj kev no yog siv qhov nruab nrab ntsuas tus nqi ntawm roj teeb pseudo OCV thiab qhov nruab nrab siv nkhaus ntawm electrode equilibrium muaj peev xwm. Tsab xov xwm piav qhia txog qhov muaj pes tsawg leeg ntawm LIBs pseudo OCV hauv Tshooj 2 thiab tsim cov lej sib npaug ntsig txog electrode xeev tsis thiab pseudo OCV; Hauv Tshooj 3, txoj kev txiav txim siab electrode tsis tau qhia; Cov txiaj ntsig ntawm txoj kev no tau raug tshuaj xyuas hauv Tshooj 4.
2. LIB pseudo OCV features
2.1 Kev txhais thiab qauv ntawm Pseudo OCV
Lus txhais:Pseudo OCV (pOCV) yog lub roj teeb hluav taws xob thaum lub roj teeb overvoltage (η) sib npaug rau ntau kaum millivolts (piv txwv li ntawm qhov tsis tshua muaj hluav taws xob), thiab OCV sawv cev rau lub roj teeb hluav taws xob sib npaug.
Muaj feem cuam tshuam:OCV sib txawv nrog lub xeev tus nqi (SOC) thiab kub T ntawm lub roj teeb, suav nrog kev koom tes ntawm ntau yam kev tshwm sim sab hauv xws li cov nyhuv Ohmic (kev thauj mus los ntawm lithium ions hauv cov hluav taws xob thiab cov hluav taws xob hauv cov hluav taws xob, cov khoom siv hluav taws xob sab nraud, thiab lwm yam). thiab dynamic teebmeem (hloov thiab diffusion ntawm lithium nqi ntawm txhua electrode). η tseem cuam tshuam los ntawm qhov kub thiab txias, SOC, thiab keeb kwm roj teeb (them thiab tso tawm ntawm lub roj teeb thiab nws cov kev noj qab haus huv), yog li pOCV kuj txawv nrog cov kev txwv no. Kab lus no feem ntau tsom mus rau nws qhov kev vam khom rau SOC, thaum lwm qhov tsis raug suav tias yog qhov tsis tu ncua. SOC suav nrog cov qauv:
Xam, SOCinit yog thawj lub xeev them, kuv yog ntsuas tam sim no, thiab t yog lub sijhawm.
2.2 Balanced voltage
Nqe lus piav qhia:Lub OCV ntawm lub roj teeb yog qhov sib txawv ntawm qhov muaj peev xwm sib npaug (OCPs) ntawm qhov zoo thiab qhov tsis zoo electrodes. Cov subscripts PE thiab NE sawv cev rau qhov zoo thiab tsis zoo electrodes, feem. x thiab y yog tus nqi lithiation ntawm cov electrodes, txhais raws li qhov piv ntawm lawv cov nqi them rau lawv lub peev xwm. Lub peev xwm electrode muaj feem xyuam rau lawv cov qauv tsim thiab cov khoom siv hluav taws xob. OCP ntawm ib qho electrode yog tus nqi hluav taws xob ntsuas hauv qhov sib npaug ntawm cov khoom siv hluav taws xob (feem ntau yog siv cov hlau lithium electrode (Li + / Li) raws li cov khoom siv hluav taws xob), uas sib txawv tsis sib xws nrog tus nqi lithiation thiab cuam tshuam los ntawm kev siv electrode. keeb kwm (hysteresis). OCP nkhaus tuaj yeem nthuav tawm ib lossis ntau lub toj siab, tus naj npawb ntawm cov nyob ntawm cov tshuaj muaj pes tsawg leeg ntawm cov electrode.
Position in real LIB:Daim duab 3 qhia cov electrode OCP (piv rau lithiation tus nqi) thiab roj teeb OCV nkhaus (piv rau roj teeb SOC) hauv qhov tseeb LIB. Raws li lub roj teeb SOC nce (thaum them nyiaj), x nce thiab y txo vim lithium ions hloov ntawm qhov zoo electrode mus rau qhov tsis zoo electrode (tawm tsam thaum tawm). Yog li ntawd, OCPPE nkhaus hauv daim duab 3 yog thim rov qab piv rau daim duab 2. Cbat yog lub roj teeb muaj peev xwm, txhais tau tias yog tus nqi siab tshaj ntawm SOC (thaum lub roj teeb tau them tag nrho lossis tawm), ybat, 100% yog tus lithiation tus nqi ntawm PE thaum lub roj teeb tau them tag nrho (thaum SOCmax=Cbat), xbat, 0% yog lithiation tus nqi ntawm NE thaum lub roj teeb tau tso tawm tag nrho (thaum SOCmin=0 Ah), thiab qhov tsawg kawg nkaus (2.5 V) thiab qhov siab tshaj plaws (3.6 V) txwv ntawm cov roj teeb hluav taws xob sib raug rau lub roj teeb tag nrho thiab them lub xeev, raws li.
Rau qhov tseeb LIBs, cov electrodes tsis tuaj yeem siv tag nrho. Thaum lub roj teeb tau them tag nrho, tus nqi lithiation ybat ntawm PE yog ze rau 100% (ie 1-ybat, 100% ze rau 1, raws li pom hauv daim duab 3). Thaum lub roj teeb tau tso tawm tag nrho, qhov lithiation tus nqi xbat ntawm NE tseem nyob ze rau 0%. Feem ntau hais lus, lub peev xwm tsim CNE ntawm NE yog ntau dua li lub peev xwm CPE ntawm PE, yog li qhov nkhaus ntawm OCPNE (hauv Ah) hauv daim duab 3 yog ntau dua li ntawm OCPPE. Lub peev xwm loj heev ntawm NE tiv thaiv nws lithiation tus nqi x los ntawm kev ncav cuag 1 hauv qhov tseeb LIB, zam nws OCP los ntawm kev poob rau 0 V Li + / Li (saib daim duab 3, x=1), uas yog tus nqi ntawm cov tshuaj tiv thaiv. (hu ua lithium plating) uas LIB tsis xav kom tshwm sim. Los ntawm daim duab 3, kev sib raug zoo ntawm roj teeb SOC, x, thiab y tuaj yeem tsim tau, tso cai rau kev suav cov roj teeb SOC siv qhov sib npaug (3) thiab (4). Qhov sib npaug (5) thiab (6) sawv cev x thiab y raws li SOC thiab lwm yam tsis muaj. Tsis tas li ntawd, electrode OCP tuaj yeem ua ke rau hauv pOCV qhia los ntawm kev sib npaug sib npaug (2) thiab (1).
3. Electrode lub xeev paub txoj kev
Parameters thiab Kev Ntsuas:Hauv seem yav dhau los, nws tau qhia meej tias cov kev txwv tsis pub dhau lub xeev electrode (OCP electrode, xbat, 0%, ybat, 100%, CNE, thiab CPE) tag nrho suav nrog pseudo OCV ntawm lub roj teeb. Txhawm rau txiav txim siab cov kev txwv no, kev tso tawm lossis them nqi ntsuas ntawm lub roj teeb pOCV thiab siv cov electrode OCP nkhaus tuaj yeem siv los txheeb xyuas qhov tsis dhau los ntawm qhov tsis zoo tshaj plaws squares haum.
Input cov ntaub ntawv thiab lub hom phiaj muaj nuj nqi:Cov ntaub ntawv tawm tswv yim suav nrog kev kawm txog kev sib raug zoo ntawm pseudo OCV ntsuas qhov tseem ceeb thiab SOC ntawm lub roj teeb thaum lub sij hawm them thiab tawm, thiaj li yuav tau txais qhov nruab nrab pseudo OCV ntsuas tus nqi (pOCVavg.meas (SOC)). Los ntawm daim duab 4 (b), nws tuaj yeem pom tias qhov overvoltage ntawm cov kab tawm tawm mus rau qhov qis SOC, thaum lub overvoltage ntawm tus nqi nkhaus nce mus rau siab SOC. Yog li ntawd, ∆ η nce los ntawm ob qho tib si qis thiab siab roj teeb SOC. Tsuas yog tsom mus rau thaj chaw uas suav nrog peb lub platform (saib daim duab 4 (a)), qhov twg cov ntaub ntawv muaj txiaj ntsig tuaj yeem raug rho tawm, thiab ∆ η yog peb zaug me dua qhov tso tawm thiab them nyiaj dhau. Tsis tas li ntawd, nws tuaj yeem pom tau tias muaj kev hloov pauv tseem ceeb ntawm pOCV thiab OCV nkhaus. Los ntawm kev sib piv qhov nruab nrab qhov tseem ceeb ntawm pOCV thiab OCV, qhov kev hloov pauv tau txo qis heev, uas tau lees paub tias raws li qhov xav tau, kev koom tes ntawm ∆ η hauv qhov nruab nrab pOCV tuaj yeem tsis quav ntsej.
Cov kauj ruam algorithm:Daim duab 5 qhia txog cov kauj ruam sib txawv ntawm cov algorithm, siv cov nonlinear tsawg tshaj plaws squares optimization muaj nuj nqi lsqnonlin ntawm Matlab software. Parameters xbat, 0% thiab ybat, 100% txwv ntawm 0 thiab 1 thiab pib rau xoom. CNE thiab CPE yog pib rau Cbat thiab txwv raws li hauv qab no: rau CNE, ntawm Cbat thiab 1.4Cnom; Rau CPE, nws nyob nruab nrab ntawm Cbat thiab 1.2Cnom (Cnom yog lub roj teeb muaj peev xwm muab los ntawm cov chaw tsim khoom). Nyob rau hauv lub algorithm, kwv yees electrode OCP yog sawv cev raws li ib tug muaj nuj nqi ntawm roj teeb SOC raws li nram no:
4. Cov txiaj ntsig thiab kev sib tham
Kev sim teeb tsa:Txhawm rau ntsuas cov txheej txheem uas tau hais tseg, txoj kev tshawb fawb tau ua nyob rau ntawm LIB ntawm A123Systems. Lub roj teeb muaj lub peev xwm nominal (Cnom) ntawm 2.3Ah thiab yog cylindrical nyob rau hauv cov duab (loj 18650), muaj cov graphite tsis zoo electrode thiab LFP zoo electrode. Nyob rau hauv txoj kev tshawb no, thawj cov txiaj ntsig ntawm kev ntsuas pOCV tau ua los ntawm tus nqi C / 25 (92mA) thiab tso tawm C / 25 qhia tias lub roj teeb muaj peev xwm Cbat yog kwv yees li 93% ntawm Cnom. Cov kev ntsuam xyuas no tau ua nyob rau hauv chav tsev kub (25 ° C) thiab qhov tsawg kawg nkaus thiab siab tshaj plaws voltages ntawm lub roj teeb tau txwv rau 2.5V thiab 3.6V, feem.
Cov txiaj ntsig pom:Daim duab 6 qhia cov txiaj ntsig ntawm kev siv cov qauv no hauv kev kawm ntawm cov roj teeb. Nyob rau hauv daim duab 6 (a), qhov nruab nrab OCP nkhaus ntawm lub roj teeb electrode sib haum mus rau thaj tsam ntawm ob txoj kab ntsug tsis tu ncua hauv cov xim dub. Qhov kwv yees nruab nrab OCV (OCVest.avg) (ntsuab nkhaus) sawv cev qhov sib txawv ntawm OCPavg, PE, thiab OCPavg, NE curves hauv cheeb tsam. Los ntawm daim duab 6 (b), nws tuaj yeem pom tias nyob rau hauv qhov kwv yees OCVest.avg nkhaus, txoj kab nqes ntawm qhov hluav taws xob siab nruab nrab ntawm ob lub platform kawg yog smoothed vim qhov smoothness ntawm OCPNE, avg nkhaus (saib daim duab 6 (a)) . Zuag qhia tag nrho, qhov kwv yees OCVest.avg nkhaus yog ze rau qhov nruab nrab pOCV ntsuas tus nqi. Lub hauv paus txhais tau tias square yuam kev (RMSE) nruab nrab ntawm qhov nruab nrab pOCV ntsuas thiab qhov kwv yees qhov nruab nrab OCV tsawg dua 1mV (kwv yees 0.87mV), uas yog siv tau.
Cov txiaj ntsig Parameter:Qhov tau txais lithiation tus nqi xbat, {{0}}% thiab ybat, 100% yuav luag sib npaug rau 0.024 (tus nqi ze rau 0). Qhov tseem ceeb ntawm lub peev xwm CPE thiab CNE yog 10% thiab 30% loj dua tus nqi ntawm Cbat, feem (xws li cov electrodes zoo thiab tsis zoo hauv lub roj teeb tsis siv li ntawm 10% thiab 30%, feem). Tus nqi ntawm CNE yog kwv yees li 24% siab dua li ntawm CPE. Los ntawm kev xav ntawm lub cev, peb tuaj yeem pom tias qhov kev txiav txim ntawm qhov loj ntawm plaub qhov kev ntsuas no muaj txiaj ntsig. Tom qab ntawd, cov txiaj ntsig no tuaj yeem siv los txiav txim siab electrode OCP raws li kev ua haujlwm ntawm lub roj teeb SOC rau kev them nyiaj thiab tawm, raws li, los ntawm kev siv nkhaus ntawm electrode OCP siv qhov sib npaug (8) thiab (9).
5. Cov ntsiab lus
Txoj kev Summary:Kab lus no qhia txog ib txoj hauv kev los rho tawm qhov sib npaug ntawm qhov muaj peev xwm, muaj peev xwm, thiab lithiation tus nqi ntawm qhov tseeb LIBs electrodes. Cov txheej txheem siv tus qauv pseudo OCV thiab txiav txim siab cov kev txwv no los ntawm cov squares tsis zoo tshaj plaws. Nws ua tiav los ntawm kev kawm qhov nruab nrab (nruab nrab ntawm kev them nqi thiab tawm) kev ntsuas ntawm LIBs pseudo OCV thiab cov ntaub ntawv nkhaus ntawm electrode OCP.
Daim ntawv thov kev cia siab:Txoj kev no tau siv rau kev lag luam LFP / graphite LIB, thiab cov txiaj ntsig tau txais yog qhov txaus siab ntawm qhov raug. Nws tuaj yeem siv tau yooj yim los kuaj xyuas LIBs los ntawm kev taug qab cov kev hloov pauv ntawm qhov ntsuas tau txiav txim siab thaum lub roj teeb lub neej, tshwj xeeb tshaj yog muaj peev xwm electrode (CPE thiab CNE) thiab lithiation tus nqi (ybat, 100% thiab xbat, 0%).