Nghiên cứu ước lượng trạng thái nạp (SoC) cho pin lithium-ion sử dụng bộ lọc Kalman mở rộng

• Tác giả: Bùi Trung Kiên
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Chí
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu ước lượng trạng thái nạp cho pin lithium-ion bằng bộ lọc Kalman mở rộng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIN LITHIUM VÀ THAM SỐ SOC
• 1.1. Giới thiệu về pin lithium – Ion
• 1.2. Khái niệm về pin Lithium – Ion
• 1.3. Nguyên lý hoạt động của pin Lithium - Ion
• 1.4. Ưu điểm của Pin Lithium Ion và các ứng dụng
• 1.5. Tham số SOC của pin Lithium - Ion
• 1.5.1. Khái niệm về tham số SOC của pin Lithium - Ion
• 1.5.2. Các đặc điểm của tham số SoC
• 1.6. Vấn đề ước lượng các tham số của Pin Lithium Ion
• 1.6.1. Các tham số cần ước lượng
• 1.6.2. Một số phương pháp xác định SoC
• 1.7. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG CHO PIN LITHIUM - ION
• 2.1. Mô hình mạch điện tương đương của Pin Lithium -Ion
• 2.2. Quan hệ giữa điện áp hở mạch (OCV) và SoC
• 2.3. Phân cực tuyến tính
• 2.4. Rời rạc hóa mô hình của pin Lithium Ion
• 2.5. Mô hình ESC của pin Lithium Ion
• 2.6. Xác định các tham số của mô hình ESC
• 2.7. Xác định quan hệ giữa OCV và SoC
• 2.8. Xác định các tham số còn lại của mô hình ESC
• 2.9. Kết quả xác định các tham số của mô hình ESC cho một loại Pin
• 2.10. Quan hệ giữa SoC và OCV
• 2.11. Các tham số của mô hình
• 2.12. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ƯỚC LƯỢNG SOC CỦA PIN LITHIUM SỬ DỤNG BỘ LỌC KALMAN MỞ RỘNG
• 3.1. Nguyên lý của bộ lọc Kalman mở rộng
• 3.2. Ước lượng SoC của pin Lithium Ion sử dụng bộ lọc Kalman mở rộng
• 3.3. Áp dụng bộ lọc Kalman mở rộng cho mô hình ESC của cell pin Lithium - Ion
• 3.4. Thuật toán ước lượng SoC cho mô hình ESC của cell pin Lithium – Ion
• 3.5. Kết quả ước lượng SoC cho pin Lithum Ion Samsung INR18650-25R 20/35A 2500mAh 18650
• 3.6. Kết luận chương 3
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu ước lượng trạng thái nạp pin lithium ion

Nghiên cứu ước lượng trạng thái nạp cho pin lithium-ion 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 xe điện. Việc ước lượng chính xác trạng thái nạp (SoC) giúp tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ của pin. Bộ lọc Kalman mở rộng là một trong những phương pháp hiệu quả để thực hiện điều này, cho phép xử lý các dữ liệu không chính xác và nhiễu trong quá trình ước lượng.

1.1. Khái niệm về trạng thái nạp pin lithium ion

Trạng thái nạp (SoC) của pin lithium-ion được định nghĩa là tỷ lệ phần trăm năng lượng còn lại so với năng lượng tối đa mà pin có thể lưu trữ. Việc xác định SoC chính xác là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình sử dụng.

1.2. Tầm quan trọng của bộ lọc Kalman mở rộng trong ước lượng SoC

Bộ lọc Kalman mở rộng (EKF) là một công cụ mạnh mẽ trong việc ước lượng trạng thái của hệ thống phi tuyến. Nó cho phép cải thiện độ chính xác của ước lượng SoC bằng cách kết hợp thông tin từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm điện áp, dòng điện và nhiệt độ.

II. Vấn đề và thách thức trong ước lượng trạng thái nạp pin

Mặc dù có nhiều phương pháp ước lượng SoC, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc đạt được độ chính xác cao. Các yếu tố như nhiễu trong dữ liệu, sự thay đổi nhiệt độ và tuổi thọ của pin đều ảnh hưởng đến kết quả ước lượng. Việc phát triển các phương pháp mới để giải quyết những vấn đề này là cần thiết.

2.1. Nhiễu và sai số trong dữ liệu ước lượng

Nhiễu trong dữ liệu đo lường có thể dẫn đến sai số lớn trong ước lượng SoC. Các phương pháp truyền thống như đếm coulomb hoặc điện áp hở mạch không thể tự hiệu chỉnh khi có sai lệch lớn.

2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất pin

Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và độ bền của pin lithium-ion. Việc không tính đến yếu tố này trong ước lượng SoC có thể dẫn đến những quyết định sai lầm trong quản lý pin.

III. Phương pháp ước lượng SoC bằng bộ lọc Kalman mở rộng

Bộ lọc Kalman mở rộng cung cấp một phương pháp hiệu quả để ước lượng trạng thái nạp cho pin lithium-ion. Phương pháp này sử dụng mô hình mạch điện tương đương để mô phỏng hành vi của pin, từ đó cải thiện độ chính xác của ước lượng SoC.

3.1. Xây dựng mô hình mạch điện tương đương cho pin

Mô hình mạch điện tương đương cho pin lithium-ion giúp mô phỏng chính xác các đặc tính điện của pin. Mô hình này bao gồm các yếu tố như điện trở trong, điện áp hở mạch và các tham số động học khác.

3.2. Ứng dụng bộ lọc Kalman mở rộng trong ước lượng SoC

Bằng cách áp dụng bộ lọc Kalman mở rộng, có thể ước lượng SoC một cách chính xác hơn, ngay cả trong điều kiện có nhiễu. Phương pháp này cho phép cập nhật liên tục trạng thái nạp của pin dựa trên dữ liệu đo lường thực tế.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng bộ lọc Kalman mở rộng có thể cải thiện đáng kể độ chính xác của ước lượng SoC cho pin lithium-ion. Kết quả cho thấy rằng phương pháp này có thể được áp dụng hiệu quả trong các hệ thống quản lý pin hiện đại.

4.1. Kết quả ước lượng SoC cho pin lithium ion

Kết quả ước lượng SoC cho pin lithium-ion Samsung INR18650-25R cho thấy độ chính xác cao, với sai số nhỏ trong các điều kiện thử nghiệm khác nhau.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống quản lý pin

Phương pháp ước lượng SoC bằng bộ lọc Kalman mở rộng có thể được tích hợp vào hệ thống quản lý pin (BMS) để tối ưu hóa hiệu suất và kéo dài tuổi thọ của pin trong các ứng dụng thực tế.

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

Nghiên cứu ước lượng trạng thái nạp cho pin lithium-ion bằng bộ lọc Kalman mở rộng mở ra nhiều triển vọng trong việc phát triển các công nghệ pin tiên tiến. Việc cải thiện độ chính xác của ước lượng SoC sẽ góp phần nâng cao hiệu suất và độ bền của pin trong tương lai.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chứng minh rằng bộ lọc Kalman mở rộng là một công cụ hiệu quả trong việc ước lượng SoC cho pin lithium-ion, giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các mô hình phức tạp hơn và áp dụng các công nghệ học máy để cải thiện hơn nữa độ chính xác của ước lượng SoC.