0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

如何通过电池状态分析提升电动车(EV)的长期效率?

深圳市浮思特科技有限公司 2024-12-03 11:19 次阅读

在一定程度上,电动汽车上的电池也是其致命弱点。电动车的终极目标是确保足够的驾驶范围,避免因电池过早退化而缩短行驶里程。准确诊断电池的状态可以显著提高其长期可靠性。

因此,尽早发现电池容量下降、内部短路等问题,以避免故障并延长电池寿命是非常重要的。特定的维护措施也至关重要,以确保电池在最佳效率下运行。在充电状态(SOC)和健康状态(SOH)方面的准确估算可以帮助减少电池单元的压力和磨损,从而提高整体性能。最后,通过利用特定算法和数据分析,可以确定电池的剩余使用寿命(RUL),从而实现最佳资源分配和规划。

简而言之,准确掌握电池的状态将使操作员能够做出改善性能和最大化电池寿命的决策。

新的诊断方法

仔细诊断电动汽车电池的状态是其高效运行和管理的必要步骤。位于韩国大田的韩国科学威廉希尔官方网站 院(KAIST)的一组研究人员开发了一种新威廉希尔官方网站 ,可以仅通过低电流系统准确诊断和监测电池状态,这有助于最大化电池的长期稳定性和效率。

由KAIST电气工程学院的权景河教授和李相国教授领导的研究小组开发了电化学阻抗谱(EIS)威廉希尔官方网站 ,这对提高电动汽车高容量电池的稳定性和性能至关重要。

EIS是一种评估电池SOC和SOH的强大工具。该方法基于对电池阻抗值及其变化的测量,从而评估电池效率和损耗。电池阻抗是电流在电池内流动时的阻力测量,用于估算电池性能和状态。

此外,这种新方法还可以确定热特性以及化学和物理变化;预测电池寿命;并找出故障的根本原因。

电池单元的参数

EIS通过对电化学单元施加小的交流(AC)信号,并测量叠加在电池直流(DC)电压上的交流电压响应来工作。通过分析不同频率下的阻抗,可以深入探讨单元的性能,如电荷转移电阻、双电层电容、扩散过程等,这些都影响着电池单元的电化学反应效率。阻抗曲线图是通过将其实部显示在X轴上,虚部显示在Y轴上构建的。在理想情况下,阻抗谱由一系列特征组成,每个特征与整个电化学机制内的单个基本过程相关联(见图1)。

wKgZPGdOd_iAB2ZgAACBzRn-tyM228.png图1


实际上,完整的电池单元经历来自两个电极和电解质建模单元的不同基本过程。这些过程在实践中非常难以从单一测量谱中分离出来。实际上,在实际测量中,许多这些个体特征重叠,明确解耦它们是一项艰巨的工作。这在图2中得到了体现,某些特征缺失或被掩盖。

电池单元电化学过程的关键步骤可以总结如下:

电解质传输:离子在电解质中从一个电极穿梭到另一个电极。

离子扩散:离子在电极和电解质内扩散。

电荷转移:电子在电极-电解质界面上转移。

电极反应:在电极上发生氧化和还原反应,涉及电子和离子的转移。

离子迁移:在反应过程中,离子通过电解质迁移以平衡电荷。

wKgZPGdOeAeAbZLkAAB1hQWi5ug076.png图2

电荷转移电阻是指在电极与电解质界面上,电子转移过程中遇到的阻力。在阻抗光谱中,它对应于中频区域,从几十分之一赫兹到几百赫兹,并呈现半圆形。

双电层电容表示电极与电解质界面之间的电容。由正离子和电子在电极表面形成的双电层像电容器一样影响电荷转移和电池电化学反应的效率以及电池性能。电容越大,电池储存电荷的能力越强。

最后,扩散是指离子因电极表面与体相电解质之间的浓度梯度而移动的现象。有效的扩散过程保持稳定的反应速率,避免浓度极化,这可能会阻碍电池的性能。该步骤在阻抗光谱中可以被可视化为低频下的一条直线,低于几十分之一赫兹。

在高频区域,阻抗光谱形成与X轴相交的小曲线。这是电池电感和欧姆电阻的指示。

新的EIS系统

传统的EIS设备基于高电流激励和离芯组件,价格昂贵且复杂,使得部署、操作和维护变得困难。由于强迫几安培的电流进入电池可能引发显著的电气应力,从而增加电池故障或起火的可能性,敏感性和精度限制使问题更加严重,从而使实际使用变得麻烦。

为了避免这些结果,KAIST研究团队开发并调试了一种低电流EIS系统,用于诊断高容量电动车电池的状态和健康。这种EIS系统可以在电流扰动在十毫安范围内的情况下精确测量电池阻抗,最小化测量阶段的热效应和安全问题。

显然,这种新设备应该足够紧凑且具有成本效益,以便能够集成到车辆的电池管理系统(BMS)中,正如韩国研究人员所做到的那样。该系统在识别经历不同操作条件的电池的电化学特征方面被证明是适用的,包括不同的温度和SOC水平。

权教授解释道,这种系统不仅可以轻松集成到电动汽车的BMS中,而且还能够进行精确测量,同时与以往的高电流EIS设置相比显著降低成本和复杂性。由于其新颖特性,低电流EIS威廉希尔官方网站 还可以用于监测能源存储系统(ESS)。

EIS的实施与结果

Lee等人撰写的一篇文章介绍了一种针对高容量电动车电池优化的EIS系统,支持高测量精度、最小电流扰动和短测量时间。该系统嵌入了切换电阻高通滤波器,以阻止电池的DC电压并缓解滤波器失配。低噪声放大器以极低的失真放大交流电压响应,interwetten与威廉的赔率体系 到数字转换器高精度采样放大信号。它还具有数字锁相放大器,可以在特定频率下计算阻抗,使用两个并联的数字低通滤波器(LPFs)以抑制频率伪影(不必要的频率成分)。基本上,LPF的截止频率仅允许低频成分通过,而频率伪影通常频率较高,被衰减,从而降低其幅度和影响。

EIS频率范围的选择取决于特定电池及其操作条件、诊断算法和电池的拟合模型。对于70-Ah的待测电池,选择了1 Hz至1 kHz之间的频率带,其中包含31个不同点,因此包括中频半圆和高频交点(见图2以获取一般情况);温度范围在0°C至45°C之间。如作者所述,这个频率谱详细说明了电荷转移、内部温度、欧姆电阻、RUL、SOC和SOH等方面的细节。

该原型在高精度电阻器下实现了标准差小于10.4 μΩ的精确阻抗测量,并在70-Ah电池的1-Hz到1-kHz频率范围和20%至80% SOC范围内实现了小于14 μΩ的均方根误差。这些发现证明了所提出的EIS模型在准确评估和健康监测大型电动车电池方面的有效性。

尽管该架构适合扩展,但在更复杂的电池配置中的有效性需要更深入的研究。在实际应用中,将所提议的EIS系统集成到单个集成电路中,再与电池监测电路结合,可以作为增强电动车和ESS的诊断和性能的基础。基于单片和多电池测量能力的改进对于支持新的服务商业模式至关重要。这可以看作是在改善电池动力车辆声誉方面又迈出的一步。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 电动汽车
    +关注

    关注

    156

    文章

    12069

    浏览量

    231127
  • EIS
    EIS
    +关注

    关注

    0

    文章

    27

    浏览量

    8834
  • 电池
    +关注

    关注

    84

    文章

    10564

    浏览量

    129500
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    朗凯威电池定制小鸟三轮电动车与锂离子动力电池系统完美结合

    电动车与锂离子动力电池系统的完美结合,包括性能提升和用户体验改善。最后对小鸟电动车的未来进行展望,强调其发展前景和对环保的贡献。整体思路是通过
    的头像 发表于 12-13 17:05 137次阅读
    朗凯威<b class='flag-5'>电池</b>定制小鸟三轮<b class='flag-5'>电动车</b>与锂离子动力<b class='flag-5'>电池</b>系统完美结合

    电池电动车:绿色出行新势力

    电池133-2632-1310电动车以其出色的续航能力在市场上受到越来越多消费者的青睐。以下将从不同车型的续航表现来详细介绍锂电池电动车的续航能力。
    的头像 发表于 11-29 16:40 309次阅读
    锂<b class='flag-5'>电池</b><b class='flag-5'>电动车</b>:绿色出行新势力

    FOC电机在电动车中的应用

    的优势 提升续航里程 : FOC控制威廉希尔官方网站 通过精确控制电机定子电流和转子位置,实现电机的高效运行。这减少了电机的损耗,使得电动车在相同的电池容量下能够行驶更长的距离。 提高动力性能 :
    的头像 发表于 11-21 15:17 314次阅读

    ECU在电动车中的应用

    随着全球对环保和可持续发展的重视,电动汽车(EV)逐渐成为汽车工业的新宠。在电动车中,电子控制单元(ECU)扮演着至关重要的角色,它不仅提高了车辆的性能,还增强了安全性和效率。 1.
    的头像 发表于 11-05 10:30 469次阅读

    三元锂电池电动车的应用

    着全球能源危机的加剧和环境污染问题的日益严重,新能源汽车逐渐成为汽车工业发展的重要方向。电动车EV)作为新能源汽车的代表,其动力电池威廉希尔官方网站 的发展尤为关键。三元锂电池因其卓越的性能,已成
    的头像 发表于 10-31 09:47 395次阅读

    电动车的锂电池怎么充电最好

    电动车的锂电池充电是一个关键的维护环节,正确的充电方法不仅可以延长电池的使用寿命,还能确保电动车的性能和安全。以下是一篇关于电动车
    的头像 发表于 10-17 17:55 839次阅读

    电池电动车电池有什么区别

    随着全球能源危机的加剧和环境污染问题的日益严重,新能源汽车逐渐成为汽车工业的发展方向。电动车作为新能源汽车的代表,其电池系统是其核心部件之一。锂电池作为一种高效、环保的电池威廉希尔官方网站 ,被广泛
    的头像 发表于 10-15 16:20 692次阅读

    SL3038 48V/60V电动车里程增程器电源驱动芯片 大电流3A

    电动车领域中,电池续航能力一直是制约其广泛应用的关键因素之一。为了提高电动车的续航能力和使用效率,各大厂商纷纷投入研发,寻求更为先进的电源驱动芯片解决方案。其中,SL3038 48V
    发表于 05-14 17:39

    如何避免电动车电池的热失控?

    电动车电池的热失控是一个严重的安全隐患,指的是电池在异常情况下温度急剧升高,可能导致电池损坏甚至起火或爆炸。
    的头像 发表于 05-06 17:55 1153次阅读

    电动车锂电怎么连接充电电源

    电动车电池的充电是一个涉及安全和效率的重要过程,正确的连接充电电源对于保护电池、延长电池寿命和确保充电性能至关重要。
    的头像 发表于 05-06 17:30 2403次阅读

    电动车电池怎么接线?

    电动车电池的接线是一个需要谨慎处理的威廉希尔官方网站 活,涉及到电池的串并联配置、线路规划、安全保护等多个方面。
    的头像 发表于 05-06 17:26 3309次阅读

    浅谈电动车汽车充电桩接入对电网谐波的影响

    的充电桩接入对电网谐波产生的影响,应该受到人们的重视,需要有关部门在对电动车汽车充电桩工作时,产生的谐波进行数据监测,保证其能在单位功率因数下正常工作。本文通过电动车汽车充电桩接入对电网谐波的影响,搭建仿真模型,探讨如何减
    的头像 发表于 02-26 10:51 1054次阅读
    浅谈<b class='flag-5'>电动车</b>汽车充电桩接入对电网谐波的影响

    电动车火灾频发,九成因电池故障!做FMEA刻不容缓

    随着电动车的普及,其安全问题也日益凸显。据统计,电动车火灾中有九成以上是由于电池故障引起的。面对这一严峻形势,FMEA(故障模式与影响分析)作为一种有效的预防性质量
    的头像 发表于 02-26 10:00 415次阅读

    如何快速辨别电动车电池是蓄电池还是锂电池

    方面来辨别两者。 首先,我们可以通过电动车电池外观来初步判断。蓄电池通常采用铅酸电池,外观呈现方形或长方形,比较沉重。锂电池则是采用锂离子
    的头像 发表于 01-10 14:32 6300次阅读

    储能锂电池电动车电池能替换使用吗?

    重要意义。但是,储能锂电池电动车电池是否可以替换使用,这是一个需要进行深入讨论的问题。本文将从多个方面进行分析,以探讨储能锂电池
    的头像 发表于 01-09 16:09 1247次阅读