Testen, Arbeiten und Parameter des thermischen Batteriemodells

Beim Testen von Batteriemodellen dreht sich alles um Sicherheit. Viele Unfälle wurden verursacht, wenn Batterien überhitzen und dann Feuer fangen, explodieren oder giftige Gase freisetzen. Dies ist bei Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu den anderen sehr häufig.

Im Jahr 2018 starb ein Tesla-Fahrer, nachdem sein Auto in Flammen aufgegangen war. Dieser Unfall wurde durch thermisches Durchgehen der Batterie verursacht. Thermisches Durchgehen bezieht sich auf eine unaufhaltsame Kettenreaktion in einer Batterie, die innerhalb von Millisekunden einen schnellen Temperaturanstieg verursacht. In diesem Fall wird plötzlich die gesamte in der Batterie gespeicherte Energie freigesetzt.

Die Temperatur von ca. 400 ° wird erzeugt, wodurch Gase freigesetzt werden und schließlich ein Feuer ausbricht. Konvektionsmittel können Batteriebrände kaum löschen. Das Risiko wird zuerst erkannt, wenn die Batterietemperatur 60 ° C erreicht und es bei 100 ° C sehr gefährlich wird.

Lithium-Ionen-Batterien sind sehr leistungsstark, aber die Frage nach der Sicherheit wurde mehrmals aufgeworfen. Sie können Explosionen verursachen, die zum Tod und zur Beschädigung von Eigentum führen können. All diese Mängel haben die Industrie gezwungen, an Wegen zu arbeiten, die sie für die breite Öffentlichkeit sicherer machen. Hier setzt das Batteriemodell an. Ein Wärmemodell ist eine Technik zur Berechnung der Zelltemperatur einer Batterie.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Wie testen Sie das Batteriemodell?

Die Temperatur ist ein sehr wichtiger Faktor für die Sicherheit, Effizienz und Leistung von Lithiumbatteriezellen. Darüber hinaus wird seine Kapazität neben der Umgebungstemperatur allein auch durch den Lade- und Entladevorgang beeinflusst.

Da es schwierig ist, die Temperatur einer Batteriezelle zu messen, werden die nahegelegenen Pole gemessen und das Ergebnis vom BMS gemeldet. Es ist jedoch nicht genau, die Temperatur der Batterie anhand von Daten nur von den Polen vorherzusagen. Daher wird ein thermisches Modell verwendet, um die reale Temperatur der Zelle zu berechnen und abzuschätzen.

Sie können ein Batteriemodell testen, indem Sie ein RC-Netzwerk verwenden, um die verwendete Wärmebeschreibung darzustellen. Die einzige Herausforderung besteht darin, die Mengen der gleichen Parameter für das R-Netzwerk zu identifizieren. Daher werden wir detailliert diskutieren, wie das Wärmemodell funktioniert und wie Wärmekapazitätsparameter, elektrische Kontaktwiderstände und Wärmewiderstände in den Polen des Batteriemodells identifiziert werden.

Dies ist ein wichtiges Diskussionsthema, da es immer mehr Elektrofahrzeuge, E-Bikes, Roller und Hoverboards gibt, die weitgehend von den Lithium-Ionen-Batterien abhängen. Darüber hinaus sind sie die beste Option, da sie eine optimale Leistung bieten, wie z. B. geringe Entladung während der Lagerung, hohe Energiedichte und geringer Speichereffekt. Nicht zu vergessen, dass sie einen hohen Ladezyklus bieten.

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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Wie funktioniert das Wärmemodell der Batterie?

Obwohl lithiumbatterien eine funktionale Überlegenheit gegenüber anderen Batterien aufweisen, sind sie mit vielen thermischen Problemen konfrontiert. Beispielsweise gehören Explosionen nach hohen Temperaturen und thermisches Durchgehen zu den Sicherheitsbedenken bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien.

Da ihr sicherer Temperaturbetrieb sehr eng ist, ist eine genaue Vorhersage dringend erforderlich. Dies hilft vor allem in Bezug auf die Sicherheit und die Aufrechterhaltung der Batterielebensdauer. Einige Studien zeigen, dass die Zellen unter bestimmten Bedingungen wie dem HEV-Antriebszyklus einen Temperaturunterschied von 10 ° C zwischen den Zellen erfahren können.

Während der Batterielaufzeit ist es nicht einfach, die richtigen Temperaturwerte zu erhalten. Daher verwenden die Batteriemanagementsysteme Wärmemodelle, die bei der Vorhersage der Kerntemperatur helfen. Es gibt verschiedene Arten von Modellen, z. B. Modelle mit reduzierter Ordnung und Wärmemodelle mit hoher Wiedergabetreue. Diese beiden Modelle sind sehr wichtig, um die thermische Dynamik eines lithium-ionen-akkus zu erfassen. Modelle mit reduzierter Ordnung eignen sich besser für Onboard-Anwendungen als Modelle mit hoher Wiedergabetreue.

Es sollten genaue Beobachtungen gemacht werden, um das richtige Modell für die Wärmebatterie zu bestimmen. Die Wärmeleitung ist der Hauptfaktor, der innerhalb des Kerns und der Pole berücksichtigt werden muss. Darüber hinaus hat der elektroaktive Bereich einer Zelle eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,8 W / km, so dass der Kern eine Wärmeleitung von 40 & mgr; [W / K · m 2] aufweist. Wenn das Propylengehäuse 5 mm dick ist, beträgt die Wärmeleitfähigkeit 0,15 & mgr; [W / K · m]. Die Pole und der Kern haben den höchsten Wärmebeitrag, daher basiert die Berechnung auf dem Verhältnis von innen und außen.

Was ist die Parameteridentifikation des thermischen Batteriemodells?

Die Identifizierung von thermischen Modellparametern ist ein Verfahren, mit dem das thermische Modell des Batteriesubstitutionsparameters bestimmt wird. Dies muss auf dem Eingangs- und Ausgangssignal i bzw. T basieren. Die aktuelle Last ist I, während T die Temperatur für Aluminium oder Kupfer darstellt. Um den Fehler zwischen dem Modell und dem realen Prozess zu minimieren, wird der Modellparameter optimiert.

Bei der Parameteridentifikation werden hochgradige Parameteroptimierungsalgorithmen in Toolboxen und in der Entwicklung angewendet. Die folgenden Anforderungen müssen erfüllt sein, um einen Parameteridentifizierungsansatz anwenden zu können

1. Nachhaltigkeit des Modells - Es stellt sicher, dass Messungen durchgeführt werden können

2. Kontrolle - Das Modell muss steuerbar sein, um eine Zustandsstimulation und -identifikation zu ermöglichen

3. Beobachtbar - Das Modell sollte beobachtbar sein, um die Rekonstruktion von Zuständen aus den Eingangs- und Ausgangsmessungen zu ermöglichen.

Kalman-Kriterien werden verwendet, um die Eigenschaften der Beobachtbarkeit und Kontrollierbarkeit zu beweisen. Nach der Parameteridentifikation muss eine thermische Modellanalyse durchgeführt werden. Dies beinhaltet den Vergleich des tatsächlichen Prozesses mit dem theoretischen Modell.

Zusammenfassung

Lithium-Ionen-Batterien sind ohne Zweifel die leistungsstärksten. Sie können mehr Strom speichern, haben einen längeren Lebenszyklus und sind sehr effizient. Mit diesen Batterien sind jedoch immer noch viele thermische Probleme verbunden. Wenn sie überhitzen, werden sie gefährlich, weil sie giftige Gase freisetzen oder in Flammen aufgehen. Das Testen des thermischen Batteriemodells wird verwendet, um die genaueste Temperatur der Zellen zu berechnen und abzuschätzen. Bei 40 ° C gelten Batterien als überhitzt und gefährlich, wenn die Temperatur 100 ° C beträgt. Batteriemanagementsysteme können ohne thermische Modelltests keine genaue Temperatur melden, da zwischen den Zellen und den Polen ein großer Temperaturunterschied besteht.