Estimativa do estado da bateria do BMS: informações essenciais sobre os SOC, SOH e SOP

Na nova era energética de hoje, a aplicação da tecnologia de baterias está em toda parte, desde veículos elétricos a sistemas de energia renovável, a todos os tipos de produtos eletrônicos de consumo.Como componente principal do sistema de baterias, uma das suas principais responsabilidades é estimar com precisão o estado da bateria, incluindo o estado de carga (SOC), o estado de saúde (SOH) e o estado de potência (SOP).A estimativa precisa destes parâmetros de estado é crucial para uma, operação segura e fiável da bateria.

SOC: Controlar com precisão a potência restante da bateria

SOC (State of Charge) é o estado de carga da bateria, refletindo a relação proporcional entre a potência restante da bateria e a capacidade total,e mostra intuitivamente a "margem de capacidade" da bateria tal como o indicador de combustível de um carroA seguir apresentam-se vários métodos comuns de estimativa do SOC e as suas características:

• Método de integração anfíbia:Calcular a quantidade de carga e descarga da bateria integrando a corrente para obter o valor SOC. Este método é simples e fácil de usar, mas durante a utilização a longo prazo,devido ao acúmulo de erros do sensor de corrente e à auto-descarga da bateriaPor conseguinte, é frequentemente necessário carregar regularmente a bateria completamente para melhorar a precisão da estimativa.
• Método de tensão de circuito aberto:Estimativa baseada na correspondência entre a tensão do circuito aberto da bateria e a tensão do SOC.medir a tensão do circuito aberto e compará-la com a curva de tensão-SOC do circuito aberto pré-estabelecida para obter o valor de SOC atualA vantagem deste método é que tem uma elevada precisão e não é afectada pela auto-descarga da bateria, mas requer que a bateria esteja num estado estático,e a curva de voltagem-SOC do circuito aberto mudará devido a fatores como a temperatura e o envelhecimento da bateria, por isso, estes factores têm de ser compensados.
• Método de filtragem Kalman:Este é um algoritmo recursivo baseado em um modelo de espaço de estado, que pode fundir informações de várias fontes, tais como tensão da bateria, corrente, temperatura, etc., atualizar a estimativa SOC em tempo real,e suprimir o ruído de medição e o erro do modeloTem alta precisão de estimativa e forte capacidade anti-interferência, e é um dos métodos de estimativa SOC mais avançados no momento.O montante de cálculo deste método é relativamente grande e requer um elevado desempenho do processador..

SOH: Informações sobre a saúde da bateria

SOH (State of Health) representa o estado de saúde da bateria, que reflete o grau de degradação do desempenho da bateria em relação à bateria nova,e é um indicador importante para avaliar a duração e a fiabilidade da bateria. Aqui estão vários métodos de estimativa de SOH comumente utilizados:

• Método de ensaio de capacidade:A SOH é determinada através da realização de um ciclo completo de carga e descarga da bateria e da medição da relação entre a sua capacidade real e a capacidade nominal.Este método pode refletir diretamente a atenuação da capacidade da bateria, com alta precisão, mas requer uma carga e descarga profundas da bateria, o que leva muito tempo e terá um certo efeito de envelhecimento na bateria.É geralmente utilizado para testes offline e avaliação da bateria.
• Método de ensaio da resistência interna:A resistência interna de uma bateria aumenta com o aumento do envelhecimento, de modo que a SOH pode ser estimada medindo as alterações na resistência interna da bateria.Este método é simples e fácil de implementar e pode refletir, até certo ponto, a tendência de envelhecimento da bateriaNo entanto, a dependência unicamente das alterações da resistência interna para avaliar a SOH tem certas limitações, porque a resistência interna também será afetada por fatores como temperatura e SOC.
• Método de reconhecimento de padrões de dados:Usar algoritmos de aprendizagem de máquina, tais como redes neurais artificiais, máquinas vetoriais de suporte, etc., para aprender e analisar os dados históricos da bateria e os dados de execução em tempo real,Estabelecer um modelo de estado de saúde da bateriaEste método pode minerar relações não-lineares complexas nos dados da bateria, com alta precisão de estimativa e adaptabilidade,Mas requer uma grande quantidade de dados de formação e capacidades profissionais de processamento e análise de dados.

SOP: Avaliação precisa das capacidades de energia da bateria

SOP (State of Power) refere-se à potência máxima que uma bateria pode produzir ou absorver com segurança em um determinado momento.A seguir estão apresentados vários métodos de estimativa das PCS e as suas características::

• Método de estimativa baseado no modelo da bateria:Ao estabelecer um modelo de circuito equivalente ou um modelo termodinâmico da bateria, combinando as informações sobre o estado da bateria, tais como SOC, temperatura, corrente, etc.,Parâmetros como a resistência interna da bateria, tensão de polarização, etc. são calculados, e a SOP é obtida.Mas o estabelecimento do modelo e a identificação dos parâmetros são relativamente complexos, e a precisão do modelo e as capacidades de computação da bateria são necessárias.
• Método de aprendizagem automática:Usar algoritmos de aprendizagem de máquina para aprender e treinar os dados históricos de potência da bateria e as características de estado relacionadas, e estabelecer modelos de previsão SOP, como redes neurais, árvores de decisão,etc.Este método pode aprender automaticamente as características de potência da bateria com base em uma grande quantidade de dados históricos, e tem forte adaptabilidade e capacidade anti-interferência,Mas uma grande quantidade de dados precisos é necessária durante o processo de formação do modelo, e a interpretabilidade do modelo é relativamente pobre.

Cenários de aplicação para a estimativa do estado da bateria

• Veículos elétricos:Uma estimativa precisa do SOC pode fornecer informações fiáveis sobre a autonomia para os condutores de veículos elétricos, a fim de evitar interrupções de condução causadas por potência insuficiente;A avaliação SOH ajuda a prever a vida útil da bateria e lembra prontamente os utilizadores de manter ou substituir a bateriaA estimativa SOP pode garantir que o veículo pode funcionar normalmente em condições de alta potência, como aceleração e subida, evitando a sobrecarga e danos da bateria,Melhorar a segurança e a fiabilidade do veículo.
• Sistema de energia renovável:Em sistemas de produção de energia renovável, como a energia solar e eólica,A estimativa precisa do estado da bateria pelo BMS pode garantir uma utilização eficiente e um funcionamento estável do sistema de armazenamento de energia. Ao gerir razoavelmente o processo de carregamento e descarga da bateria, otimizando a distribuição e o agendamento da energia de acordo com o SOC e o SOP,Melhoria da taxa de utilização das energias renováveis e da fiabilidade do abastecimento de energia, prolongando a vida útil da bateria e reduzindo o custo de manutenção do sistema.

Tendências de desenvolvimento

Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de baterias e a crescente procura de aplicações, a tecnologia de estimativa do estado da bateria do BMS também está a inovar e a melhorar constantemente.As estimativas do estado da bateria irão evoluir nas seguintes direcções::

• Maior precisão e fiabilidade:Com uma tecnologia de sensores mais avançada, algoritmos de processamento de sinais e métodos de fusão de dados, a precisão e a confiabilidade da estimativa dos SOC, SOH e SOP são ainda melhoradas,Redução dos erros e incertezas de estimativa, e um apoio mais eficaz à gestão e à operação seguras das baterias.
• Algoritmos mais inteligentes:As tecnologias de inteligência artificial, como a aprendizagem profunda e a aprendizagem por reforço, serão amplamente utilizadas na estimativa do estado da bateria,permitindo ao BMS aprender automaticamente as características complexas da bateria