Une méthode pour estimer le SOC de la batterie LiFePO4 en utilisant la force d'expansion

Appréciation de la littérature : une méthode pour Estimation du SOC de la batterie LiFePO4 en utilisant la force de gonflement

Informations sur l'auteur et résumé de l'article

En 2022, le Dr Peipei Xu de l'Université des sciences et technologies de Pékin a développé une méthode pour estimer le SOC de la batterie basée sur la courbe de force d'expansion de la batterie LFP. Grâce à une vérification expérimentale, il a été constaté que dans différentes conditions de travail de la batterie, la force d'expansion était plus sensible au changement de SOC que la tension. Par conséquent, cet article a proposé une méthode pour estimer la force d'expansion du SOC. Tout d'abord, LSSVM a été utilisé pour construire le modèle de force d'expansion, qui pourrait résoudre le problème de changement non monotone entre la force d'expansion et le SOC. Combiné avec la méthode de la fenêtre flottante pour améliorer l'applicabilité et la précision de prédiction du modèle, la méthode d'estimation SOC proposée peut atteindre l'erreur de prédiction de 1% ~ 0,54% sous différentes températures ambiantes et différentes précharges de la batterie,

Schéma d'essai

1. La batterie LFP utilisée dans cette expérience est présentée dans le tableau suivant :

Tableau 1 : Informations sur la batterie

2. Équipement et processus de test : testeur d'expansion in situ (IEST-SWE2100) et équipement de charge et de décharge

(CT-8002-5V100A-NTFA). Comme le montre la figure ci-dessous.

Figure 1. Équipement d'essai de force d'expansion

Fig 2. Processus de test de la batterie

Analyse des résultats

La figure 3 montre la courbe de tension et la courbe de changement de force d'expansion obtenues à un grossissement de 1/25C. On peut clairement voir sur la figure qu'il y a un plateau de tension dans la courbe de tension à 27 % ~ 94 % SOC. À ce moment, le changement de tension n'est que de 0,07 V. Cependant, le changement de force d'expansion dans cette plage est très évident. Le changement de force d'expansion dans cette étape est principalement causé par la transition de phase du graphite cathodique de LiC12 à LiC6, indiquant qu'il est très prometteur d'utiliser la force d'expansion pour estimer le SOC. Cependant, on voit également que le changement de force d'expansion dans ce la plage n'est pas monotone, elle mettra donc également à l'épreuve la précision de la prédiction.

Fig 3. Variation de la tension et de la force d'expansion avec SOC dans des conditions quasi-statiques

Afin de vérifier le modèle de prédiction SOC, des expériences de force d'expansion ont été réalisées dans deux conditions dynamiques (NEDC et DST) avec différentes précharges (15 kg et 30 kg) et différentes températures de test (25 ℃ et 45 ℃). Comme le montre la figure 4, les résultats montrent qu'il existe toujours une plate-forme de tension évidente à 20 % ~ 90 % SOC, et la tendance de changement de la force d'expansion est similaire à celle sous le mode de charge à courant constant, indiquant que la force d'expansion est pas sensible au changement dynamique du courant, mais est très sensible au changement de SOC. Ceci est principalement dû au fait que la tension dépend du changement de la concentration en ions sur la surface de l'électrode, et la force d'expansion est le changement de la concentration en ions de la phase du corps de l'électrode. En outre,

Fig 4. Force de gonflement et courbe de tension actuelle dans les conditions de cycle NEDC et DST

Ensuite, l'auteur a établi le modèle LSSVM, l'a formé et optimisé en continu, combiné avec l'AUKF pour prédire le SOC, qui peut réaliser la prédiction du SOC pour différentes températures, différentes conditions dynamiques de courant et différentes précharges.

Fig 5. Organigramme de l'estimation du SOC basée sur AUKF et LSSVM

Résumé

Dans cet article, l'auteur présente une nouvelle méthode pour estimer le SOC de la batterie LFP en utilisant la force d'expansion. Sur la base des algorithmes LSSVM et AUKF, l'erreur d'estimation peut être inférieure à 1 % et s'applique à différentes conditions de fonctionnement de température, de courant dynamique et de précharge. À l'avenir, cette méthode devrait être étendue à d'autres systèmes de batterie, et elle peut également établir des modèles de prédiction SOC pour les batteries dans différentes conditions de SOH et de basse température.

Documents originaux

Peipei Xu, Junqiu Li, Qiao Xue, Fengchun Sun. Un estimateur d'état de charge syncrétique pour les batteries LiFePO4 exploitant la force d'expansion. Journal du stockage de l'énergie, 50 (2022) 104559.

Recommandation d'équipement de test lié à l'IEST

Système d'analyse d'expansion in situ de la série SWE (IEST): utilisant une plate-forme d'automatisation hautement stable et fiable, équipée de capteurs de mesure d'épaisseur de haute précision, il peut mesurer le changement d'épaisseur et le taux de changement de l'ensemble du processus de décharge de charge du noyau électrique, et peut réaliser les fonctions suivantes :

1. Testez la courbe d'épaisseur de gonflement de la batterie sous pression constante.

2. Testez la courbe de force de gonflement de la batterie dans des conditions d'écart constant.

3. Test de performance de compression de la batterie : module de compression de la courbe contrainte-déformation.

4. Test étape par étape de la force d'expansion de la batterie.

5. Contrôle de température différent : - 20~80 ℃.