Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thuật toán ước lượng SoC cho modul pin lithium

• Tác giả: Đỗ Thị Thùy Dương
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Chí
• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Đại Học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Nghiên cứu thuật toán ước lượng SoC cho modul pin lithium
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• LỜI NÓI ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Nội dung của luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIN LITHIUM VÀ THAM SỐ SOC
• 1.1. Giới thiệu về pin lithium – Ion
• 1.2. Ưu điểm của Pin Lithium và các ứng dụng
• 1.3. Vai trò của tham số SoC và một số phương pháp xác định SoC
• 1.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN CHO MODUL PIN LITHIUM
• 2.1. Mô hình toán của Pin Lithium
• 2.2. Rời rạc hóa mô hình của pin Lithium Ion
• 2.3. Mô hình ESC của pin Lithium Ion
• 2.4. Xác định các tham số của mô hình ESC
• 2.5. Kết quả xác định các tham số của mô hình ESC cho một loại Pin
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: QUAN SÁT SOC CỦA PIN LITHIUM SỬ DỤNG BỘ LỌC KALMAN MỞ RỘNG
• 3.1. Quan sát SoC sử dụng bộ quan sát Kalman mở rộng
• 3.2. Kết quả quan sát SoC cho pin Lithum Ion Samsung INR18650-25R 20/35A 2500mAh 18650
• 3.3. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu thuật toán ước lượng SoC cho pin lithium

Nghiên cứu thuật toán ước lượng SoC cho pin lithium là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ pin hiện đại. Pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng, từ thiết bị di động đến ô tô điện. Việc ước lượng chính xác trạng thái nạp (SoC) giúp tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ của pin. Các phương pháp ước lượng SoC hiện tại bao gồm phương pháp Coulomb, điện áp hở mạch và bộ lọc Kalman. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến độ chính xác và độ tin cậy của kết quả.

1.1. Khái niệm về trạng thái nạp SoC và tầm quan trọng

Trạng thái nạp (SoC) là thước đo năng lượng còn lại trong pin so với năng lượng tối đa mà nó có thể lưu trữ. Việc hiểu rõ về SoC giúp người dùng biết được thời gian sử dụng còn lại của pin, từ đó có kế hoạch sạc hợp lý. SoC được định nghĩa bằng phần trăm và có vai trò quan trọng trong việc quản lý năng lượng.

1.2. Ứng dụng của thuật toán ước lượng SoC trong thực tiễn

Thuật toán ước lượng SoC được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như ô tô điện, thiết bị di động và hệ thống năng lượng tái tạo. Việc ước lượng chính xác SoC giúp cải thiện hiệu suất hoạt động, giảm thiểu rủi ro hư hỏng và nâng cao độ an toàn cho người sử dụng.

II. Vấn đề và thách thức trong ước lượng SoC cho pin lithium

Mặc dù có nhiều phương pháp ước lượng SoC, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc đạt được độ chính xác cao. Nhiễu từ môi trường, sự thay đổi nhiệt độ và tuổi thọ của pin đều ảnh hưởng đến kết quả ước lượng. Các phương pháp truyền thống như đếm Coulomb và điện áp hở mạch thường không tự hiệu chỉnh khi có sai lệch lớn, dẫn đến kết quả không chính xác.

2.1. Ảnh hưởng của nhiễu đến độ chính xác của SoC

Nhiễu là một yếu tố không mong muốn ảnh hưởng đến quá trình xác định SoC. Sự thay đổi của nhiễu có thể làm sai lệch kết quả ước lượng, gây khó khăn trong việc quản lý năng lượng. Việc phát hiện và xử lý nhiễu là rất cần thiết để cải thiện độ chính xác.

2.2. Thách thức từ sự thay đổi nhiệt độ và tuổi thọ pin

Nhiệt độ và tuổi thọ của pin ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và độ chính xác của SoC. Khi nhiệt độ thay đổi, các đặc tính điện hóa của pin cũng thay đổi, dẫn đến sai lệch trong ước lượng. Tuổi thọ pin giảm cũng làm giảm khả năng lưu trữ năng lượng, ảnh hưởng đến kết quả ước lượng.

III. Phương pháp sử dụng bộ lọc Kalman trong ước lượng SoC

Bộ lọc Kalman là một trong những phương pháp tiên tiến được sử dụng để ước lượng SoC cho pin lithium. Phương pháp này cho phép ước lượng trạng thái trong điều kiện có nhiễu, giúp cải thiện độ chính xác của kết quả. Bộ lọc Kalman hoạt động dựa trên mô hình động học của pin, kết hợp với dữ liệu đo được để đưa ra ước lượng chính xác hơn.

3.1. Nguyên lý hoạt động của bộ lọc Kalman

Bộ lọc Kalman sử dụng một mô hình toán học để dự đoán trạng thái của hệ thống và cập nhật ước lượng dựa trên dữ liệu đo được. Nguyên lý này giúp cải thiện độ chính xác của ước lượng SoC, đặc biệt trong điều kiện có nhiễu.

3.2. Ưu điểm của bộ lọc Kalman trong ước lượng SoC

Bộ lọc Kalman có khả năng tự hiệu chỉnh và thích ứng với các thay đổi trong môi trường. Điều này giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của ước lượng SoC, đồng thời giảm thiểu rủi ro hư hỏng cho pin.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của thuật toán SoC

Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng bộ lọc Kalman trong ước lượng SoC cho pin lithium mang lại kết quả khả quan. Các thử nghiệm thực tế cho thấy độ chính xác của ước lượng SoC được cải thiện đáng kể, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ của pin. Kết quả này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các hệ thống quản lý năng lượng hiệu quả hơn.

4.1. Kết quả thử nghiệm với pin lithium

Các thử nghiệm cho thấy bộ lọc Kalman có thể ước lượng SoC với độ chính xác cao, giảm thiểu sai số so với các phương pháp truyền thống. Điều này chứng tỏ tính khả thi của phương pháp trong ứng dụng thực tiễn.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống quản lý năng lượng

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong các hệ thống quản lý năng lượng, giúp tối ưu hóa việc sử dụng pin lithium trong các thiết bị điện tử và ô tô điện. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu rủi ro hư hỏng cho pin.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu SoC

Nghiên cứu thuật toán ước lượng SoC cho pin lithium đã chỉ ra rằng việc áp dụng bộ lọc Kalman mang lại nhiều lợi ích. Tuy nhiên, vẫn cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện độ chính xác và khả năng ứng dụng của phương pháp này. Tương lai của nghiên cứu SoC hứa hẹn sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực công nghệ pin.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy bộ lọc Kalman là một phương pháp hiệu quả trong ước lượng SoC cho pin lithium. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các hệ thống quản lý năng lượng.

5.2. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc cải thiện độ chính xác và khả năng ứng dụng của thuật toán ước lượng SoC. Việc phát triển các mô hình toán học mới và công nghệ cảm biến tiên tiến sẽ là chìa khóa cho sự thành công trong lĩnh vực này.