• <nav id="46ei8"></nav>
    <nav id="46ei8"><strong id="46ei8"></strong></nav>
     

    【金磚鋰電論壇】孫丙香:鋰離子電池建模及虛擬電池技術

    發布日期:2020-11-18

    核心提示:由深圳市電池行業協會、第一鋰電網共同舉辦的2020中國國際鋰電技術發展高峰論壇于11月2日-3日在深圳會展中心盛大召開。本次論壇

    由深圳市電池行業協會、第一鋰電網共同舉辦的“2020中國國際鋰電技術發展高峰論壇”于11月2日-3日在深圳會展中心盛大召開。本次論壇以“新技術、新應用、新發展”為主題,推動企業交流發展。

    北京交通大學電氣工程學院新能源研究所 副教授 --孫丙香 在本次中國國際鋰電技術發展高峰論壇做了《鋰離子電池建模及虛擬電池技術》的主題演講,現場演講實錄如下:

    微信圖片_20201118175613

    各位領導、各位專家、同仁,大家下午好。我是北京交通大學電氣工程學院的老師,所從事的研究是鋰離子電池應用技術。今天給大家分享的是鋰離子電池建模及虛擬電池技術,今天我們有在8號展館的展位,展出了虛擬電池系統,以及基于虛擬電池系統的測評的產品,大家感興趣可以到8號展館現場看一下。

    會從這么幾個方面介紹,應該說汽車保有量在上午專家說到了,欣旺達梁總給出了更精確的數據,我只是給到2020年6月份的數據是417萬輛。隨著汽車的增加,相關的測評工作是提出了更高的要求。BMS測評經常會用到實際的電池系統,或者是通過通信的方式去發一些數據信號,但是慢慢地大家會發現,如果我有一套電池系統可以模擬跟實際電池相同的響應狀況,同時也可以模擬實際的BMS采集的時間間隔和精度,我的測評才會和實際情況吻合,就引發了這樣一個需求,就是希望電池的切換工況要盡量地短,要想從一種工況切換到另外一種工況瞬時切換是最好的。每次測評的時候,這個電池都能夠重復同樣的工況,這個重復性非常好。還有安全性要好,最好不要有安全隱患。

    基于這樣幾個需求,我們就想到了用虛擬電池,說到虛擬電池,其實行業里面也通常會把虛擬電池叫成:電池模擬器/電子負載,這樣的稱謂。它能夠進行雙向的能量流動的電源模塊,不光是BMS測評,還有很多的應用場景,比如說有一些高職高專開設相關課程,需要這樣一套系統展示,讓學生在系統上進行相關的開發、相關的測試。這是用于一些教學。科研,BMS測評是主要的應用,做BMS策略的開發、充電策略的開發、均衡策略相關的工作,其實都可以用虛擬電池系統來開展。

    虛擬電池技術應該說有很大的一塊是硬件實現,還有另外一塊是關于建模,你要建這個模型,能夠模擬電池的各種各樣動態工況。針對硬件產品,現在國內外有很多了,相信在座的專家你們所在的單位就已經有這樣的產品,比如說dSPACE,國內的星云、群菱,當然還有其他家,這只是我熟悉的。還有國外的NGI。這些虛擬電池的產品主要是會給你固定工況,想要多少可以組合。這種工況比較單一,對于使用者來說,如果你想模擬更多的工況,你想進行更多的系統性的開發或者是測評驗證,是有一定的難度和門檻的。

    這里會強調的指標有:精度,精度是其中一個指標;動態相應,動態相應有一些廠家號稱說是很短,就是動態相應性好。但是要考慮BMS采用數據時間間隔多少,太快的響應,而BMS采集時間比較長,這兩個是需要匹配的。關于電池建模,在行業里面大家比較熟悉的就是電化學的建模、等效電路的建模,這是大家熟悉的。除此之外,還有一種是黑箱模型,不管中間是經歷了什么樣的過程,我有輸入就可以讓它可以有輸出的相應,這是黑箱模型,可以通過神經網絡訓練的形式。等效電路模型可以分為整數階和分數階的等效電路模型。

    等效電路模型現在也會存在一些問題,比如說時域時間尺度和跨度、大小,會影響到辨識參數的結果。還有頻域識別方法對時域響應性沒有那么高。頻域是小時間尺度,時域是大時間尺度,通常比較直接的對應是時域的會和直流動態的工況對應,而頻域會和脈沖交流的工況對應。現有還是會存在一些沒有解決的問題。

    還有一些參數,比如說熱學參數需要用設備去測,通過在線的參數辨識的方法,而不是測試的方法,通過精度高模型參數,對于模型建立也是非常有意義的。另外是溫度上的變化,低溫的時候,可能有一些建模的方法是適應性沒有那么高,大家通常建模都是在溫度適宜的范圍,極端溫度的建模還做得不是特別好。

    大家在做的時候,時域和頻域的關系,我們做了一些嘗試頻域的阻抗是0.159赫茲交流的阻抗值,和時域1秒的阻抗值是比較接近的,這是我們做分析的時候得出來的結論。

    電池的建模會有單體到整組的,文體上查到大部分是單體建模,或者是簡單一致性的分布,再拿出整體的模型。模型的適應性隨哪些參數的維度變化,或者是隨著健康狀態的維度,是不是有考慮,對于這個模型的適用性來說是影響很大的。
    單體建模要考慮一個因素,比如說溫度、倍率、老化狀態、SOC位置,這些參數不同,電池的響應參數是不同的。剛剛列出電化學模型和等銷路模型,等效模型是分整數和分數。

    這是電化學,通過正/負極匹配的方法建立,仿真誤差是比較小的,建立電化學模型的參數精度還是能夠有一定的適用性。

    這個是對于頻域的相應,還有分數階模型,對應起來就是所學過的控制學的理論,它會有分數階的控制理論,這個理論在上大學的時候是沒有學的,學的微積分都是整數階的。分數階會出現0.5階的倒數,分數階會有很好的記憶效應,就是某一點的導數會和前面某一個點是有關聯性,這樣的話,對應模擬一個非常小的時間尺度的動態特性,分數階就有非常好的優勢。

    我們有在時域連續脈沖的數據做建模嘗試,有建刊的論文,有興趣可以查閱一下,歡迎大家可以更多的交流。

    采用這種分布式的熱學熱阻模型,分布式的熱阻模型,可以模擬電池厚度方向的溫度分布,現在在做的就是三維廠的模擬,因為這個只是一維的厚度方向。我們也有做熱點耦合的模型,比如說大家通常建模的時候,25度的時候充電,其實在充電的過程當中,溫度就變化了,尤其是在溫度比較低的時候,充電或者是放電工況過程當中,它自身有溫升,這對于它后續的特性是有很大的影響。作為一個熱點耦合的模型,會對動態工況的模擬是非常有好處的。

    我們也做了簡化的頻域熱電耦合模型,這跟一階的2C模型多了一個變桿,CP和RP這兩個元件是隨著頻域而變化的,我們就把多個RC環節變成一個RC環節,是一個簡化的形式。

    還有簡化的時域模型,采用粒子群的方法,QP和RP跟倍率有一定的關系,就是滿足BV方程的關系。

    以上是單體建模做的工作,包膜時域、頻域的建模、電化學建模、熱電耦合的建模,這些都做了很多的工作,也測試了大量的電池單體,應該說單體這一塊的庫建立起來了。關于電池組的建模,它會涉及一個問題,單體在模組或者是電池組里,所處的位置是有差異的,每一個單體的參數和參數之間還有一定的關聯性。我們現在有在基于整車的數據,做一些離線的體檢,就是車在運行過程當中,我有時測的數據發回來,還有離線定期的體檢數據拿回來,這樣可以把單體電池在模組中使用的區間,以及沒有用到的區間用出來,這樣再做定點SOC的測試就可以拿到參數的關聯性。

    有實驗室的測試,還有實側條件的測試,通常我們會發現隨著電池衰退維度的變化,有些參數的相關性會增加,有些相關性會減小。我們最初做的時候,是基于單一的分布來做的,我們只用單一的分布來做它的參數一致性分析,會發現實車的數據有時候不是單一的分布,所以我們就采用聚類分型的方式,先用聚類,再做分型,識別出來聚類模式之后,再做關聯性的分析。我們采用生成對抗網絡的形式,當然這個方法里面會有一些常見的問題,我們也采用相應的措施來去解決這樣的問題,通過這個方法可以把參數和參數之間的關聯性建立起來。

    最后是虛擬電池的應用案例,這是一個流程礦圖,有電腦主機,可以把電池模型放到電腦主機里面,可以通過dSPACE下載虛擬電池,再接上電池管理系統,虛擬外圍還有計電器的高壓部件。上位機同時還可以顯示電池監控界面,現在做的測評是可以有BMS和虛擬電池一些基準值間的對比。

    這個是我們在8號展館展臺的部分,虛擬電池的仿真平臺的實物,大家感興趣可以到現場看一下。

    這個是電池管理系統采集到的值,和虛擬電池自己返回來的值之間的對比。包括設計一些參數,界面沒有放這么多,比如說SOC、SOE的參數,直接可以輸出對比的結果,后續會拓展很多自動化的測評功能。

    虛擬電池總結一下,未來應該是一種定制虛擬化的技術路線,比如說我們這樣的研發機構會提供標準化的參數辨識軟件,可以告訴用戶,你做一個什么樣的標準化實驗,再把數據收到軟件之后,就可以進行參數的自動辨識,想把虛擬化的電池進行定制的虛擬化。要把電池內部的熱廠進行模擬,包括故障情況的模擬,因為現在虛擬電池做的還是外特性電壓的模擬,關于溫度模擬的功能,不管是國內的產品還是國外的產品,都是缺失的,或者是功能比較簡單。最后BMS測評,是要針對相對標準化的協議,可以設計自動化的BMS測評的軟件,把能夠進行自動測評的部分進行自動測評,這個是非常好的功能。

    我們樓下的展位還有展出運營的工作,這個也是畢業的博士創業了做的工作。我剛剛說的虛擬電池,也是在北郊新園的公司產業化,而且在高職高專在推廣使用。
    我們的畢業博士做的是北京公交運營,通過聯網可以展示所有的信息,運營平臺上也做了一些其他的功能。同時,還做了機場的安全運營管理平臺,在首都機場已經運營了。目前深圳機場也有意向做這個事情。這個是大數據平臺,關于云平臺,所有企業都已經開始在做了。我們學校都有做這個工作。

    最后稍微介紹一下我們團隊的情況,團隊有這樣幾個掛牌資質:國家能源主動配電網技術研發中心,這是能源局授牌;中國中車研究北京交通大學綠色動力系統技術分院等。這是我們的教師研究生的規模,以及成果、獲獎,這是老師和部分同學的合影。

    現在做的領域是動力電池在新能源汽車、軌道交通、電力儲能的應用,現在在軌道交通車輛上的力度加大。

    新能源汽車領域做的主要工作就如表所示,各種參數的估計、測評、基于云平臺的廣義電池管理技術、安全性測試和評價。

    這是我們在軌道交通領域輔助電池的標配替換、柴油機車的混合動力的改造、電力機車的混合動力的改造,就是電網和電池混合供電。

    在電力儲能領域,我們也有做一些工作,比如說梯次領導的經濟型分析等。

    這是我們新能源所的5個研究方向就包括其他部分的:新能源發電微網技術、電動汽車分布式電源智能配網技術等等。我們還有一個CNAS實驗室,我們的團隊長期投入到電池研發的領域。

    這是我們在軌道交通領域做的兆瓦級的儲能測試平臺,包括大數據平臺。現在有好多參與做的數據,在平臺上也累計了很多的數據。現在也給北汽做運維、評估和預警的工作。

    這是新能源發電的平臺。
    智能配電網的平臺。

    這是我們的部分自然基金項目,和今天的主題比較相關的是最后一個多因素耦合的虛擬電池五用里電子電池組分數階時頻域建模研究,是我去年中的一個自然基金,也是跟今天主題相關的項目。

    這個是我們的重點研發計劃項目,倒數第二個:動力電池管理系統精準評價技術是王芳博士牽頭的課題3,現在由我負責。這個課題包含了BMS測評的工作。去年在撰寫《新能源汽車發展路線圖2.0》時,我本人有幸作為BMS測評技術路線圖的撰寫人,前兩天在上海已經發布了。

    這是我們參與的一些標準,其中第一個是國際標準,是軌道交通領域的國際標準;最后一個是電動汽車用動力蓄電池管理系統技術條件,這個是我們做的897標準的升級版本,今年3月份發布,10月1日開始實施。應該說虛擬電池的開發,因為這個標準是我們做的,也是按照這個標準開發BMS測評的一套流程。
    也跟公司都有很好的合作,包括欣旺達股份有限公司。
    我的報告就這么多,謝謝大家。



     
    [ 新聞搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告訴好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 違規舉報 ]  [ 關閉窗口 ]

     
    0條 [查看全部]  相關評論


    網站首頁 | 關于我們 | 聯系方式 | 使用協議 | 版權隱私 | 網站地圖 | 排名推廣 | 廣告服務 | 網站留言 | RSS訂閱 | 滬ICP備16055099號-3

    第一鋰電網 版權所有 © 2016-2018 咨詢熱線:021-6117 0511  郵箱:heli@heliexpo.com.cn 在線溝通:

    本網中文域名:第一鋰電網.中國本站網絡實名:第一鋰電網-中國最專業的鋰電池行業信息網站

     
    韩国做爰片在线观看