Ước tính tình trạng pin của BMS: SOC, SOH và thông tin chi tiết chính của SOP

Trong kỷ nguyên năng lượng mới ngày nay, ứng dụng công nghệ pin ở khắp mọi nơi, từ xe điện đến hệ thống năng lượng tái tạo, đến tất cả các loại sản phẩm điện tử tiêu dùng.Là thành phần chính của hệ thống pin, một trong những trách nhiệm chính của nó là ước tính chính xác trạng thái của pin, bao gồm trạng thái sạc (SOC), trạng thái sức khỏe (SOH) và trạng thái điện năng (SOP).Ước tính chính xác các thông số trạng thái này là rất quan trọng cho hiệu quả, hoạt động an toàn và đáng tin cậy của pin.

SOC: Kiểm soát chính xác năng lượng pin còn lại

SOC (State of Charge) là trạng thái sạc của pin. Nó phản ánh mối quan hệ tỷ lệ giữa công suất pin còn lại và tổng công suất,và nó trực quan hiển thị pin của "capacity margin" giống như một xe hơi của bộ đo nhiên liệuSau đây là một số phương pháp ước tính SOC phổ biến và các đặc điểm của chúng:

• Phương pháp tích hợp lưỡng cư:tính toán lượng sạc và xả pin bằng cách tích hợp dòng điện để có được giá trị SOC. Phương pháp này đơn giản và dễ sử dụng, nhưng trong khi sử dụng lâu dài,do sự tích lũy lỗi của cảm biến dòng và tự xả pinDo đó, thường cần phải sạc pin đầy đủ để cải thiện độ chính xác ước tính.
• Phương pháp điện áp mạch mở:Ước tính dựa trên sự tương ứng giữa điện áp mạch mở của pin và SOC. Sau khi pin đứng trong một khoảng thời gian,đo điện áp mạch mở của nó và so sánh nó với đường cong điện áp-SOC mạch mở đã được thiết lập trước để có được giá trị SOC hiện tạiƯu điểm của phương pháp này là nó có độ chính xác cao và không bị ảnh hưởng bởi tự xả pin, nhưng nó đòi hỏi pin phải ở trạng thái tĩnh,và đường cong điện áp-SOC mạch mở sẽ thay đổi do các yếu tố như nhiệt độ và lão hóa của pin, vì vậy những yếu tố này cần phải được bù đắp.
• Phương pháp lọc Kalman:Đây là một thuật toán tái diễn dựa trên mô hình không gian trạng thái, có thể hợp nhất nhiều thông tin nguồn như điện áp pin, dòng điện, nhiệt độ, vv, cập nhật ước tính SOC trong thời gian thực,và ngăn chặn tiếng ồn đo và lỗi mô hìnhNó có độ chính xác ước tính cao và khả năng chống can thiệp mạnh mẽ, và là một trong những phương pháp ước tính SOC tiên tiến nhất hiện nay.Số lượng tính toán của phương pháp này tương đối lớn và đòi hỏi hiệu suất cao của bộ xử lý.

SOH: Nhìn vào sức khỏe của pin

SOH (State of Health) đại diện cho tình trạng sức khỏe của pin, phản ánh mức độ suy giảm hiệu suất của pin so với pin mới,và là một chỉ số quan trọng để đánh giá tuổi thọ và độ tin cậy của pinDưới đây là một số phương pháp ước tính SOH thường được sử dụng:

• Phương pháp kiểm tra công suất:SOH được xác định bằng cách thực hiện chu kỳ sạc và xả đầy đủ của pin và đo tỷ lệ công suất thực tế của nó so với công suất danh nghĩa.Phương pháp này có thể phản ánh trực tiếp sự suy giảm công suất của pin, với độ chính xác cao, nhưng đòi hỏi phải sạc và xả pin sâu, mất nhiều thời gian và sẽ có một tác động lão hóa nhất định đối với pin.nó thường được sử dụng để thử nghiệm ngoại tuyến và đánh giá pin.
• Phương pháp thử nghiệm kháng cự bên trong:Kháng tích bên trong của pin tăng lên với sự gia tăng lão hóa, vì vậy SOH có thể được ước tính bằng cách đo sự thay đổi trong kháng tích bên trong của pin.Phương pháp này đơn giản và dễ thực hiện và có thể phản ánh xu hướng lão hóa của pin ở một mức độ nhất địnhTuy nhiên, chỉ dựa vào thay đổi kháng thể bên trong để đánh giá SOH có một số hạn chế, bởi vì kháng thể bên trong cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ và SOC.
• Phương pháp nhận dạng mẫu dữ liệu:Sử dụng các thuật toán học máy, chẳng hạn như mạng thần kinh nhân tạo, hỗ trợ máy vector, vv để học và phân tích dữ liệu lịch sử của pin và dữ liệu chạy thời gian thực,thiết lập mô hình trạng thái sức khỏe của pin, và dự đoán SOH dựa trên dữ liệu tính năng đầu vào. Phương pháp này có thể khai thác các mối quan hệ phi tuyến tính phức tạp trong dữ liệu pin, với độ chính xác ước tính cao và khả năng thích nghi,nhưng đòi hỏi một lượng lớn dữ liệu đào tạo và khả năng xử lý và phân tích dữ liệu chuyên nghiệp.

SOP: Đánh giá chính xác khả năng điện pin

SOP (State of Power) đề cập đến công suất tối đa mà pin có thể sản xuất hoặc hấp thụ một cách an toàn tại một thời điểm nhất định.Sau đây là một số phương pháp ước tính SOP và đặc điểm của chúng:

• Phương pháp ước tính dựa trên mô hình pin:Bằng cách thiết lập mô hình mạch tương đương hoặc mô hình nhiệt động học của pin, kết hợp thông tin trạng thái của pin, chẳng hạn như SOC, nhiệt độ, dòng điện, v.v.các thông số như điện trở trong của pin, điện áp phân cực, vv được tính toán, và SOP được lấy ra.nhưng việc thiết lập mô hình và xác định tham số tương đối phức tạp, và độ chính xác mô hình và khả năng tính toán của pin là cần thiết.
• Phương pháp học máy:Sử dụng các thuật toán học máy để học và đào tạo dữ liệu năng lượng lịch sử của pin và các đặc điểm trạng thái liên quan, và thiết lập các mô hình dự đoán SOP, chẳng hạn như mạng thần kinh, cây quyết định,vv. Phương pháp này có thể tự động tìm hiểu các đặc điểm năng lượng của pin dựa trên một lượng lớn dữ liệu lịch sử, và có khả năng thích nghi mạnh mẽ và khả năng chống can thiệp,nhưng một lượng lớn dữ liệu chính xác là cần thiết trong quá trình đào tạo mô hình, và khả năng giải thích của mô hình tương đối kém.

Các kịch bản ứng dụng để ước tính trạng thái pin

• Xe điện:Ước tính SOC chính xác có thể cung cấp thông tin phạm vi đáng tin cậy cho người lái xe điện để tránh sự gián đoạn lái xe do không đủ điện năng;Đánh giá SOH giúp dự đoán tuổi thọ của pin và nhanh chóng nhắc nhở người dùng bảo trì hoặc thay thế pinĐánh giá SOP có thể đảm bảo rằng xe có thể hoạt động bình thường trong điều kiện công suất cao như tăng tốc và leo lên, trong khi tránh quá tải và hư hỏng pin,Cải thiện an toàn và độ tin cậy của xe.
• Hệ thống năng lượng tái tạo:Trong các hệ thống sản xuất năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió,Ước tính chính xác tình trạng pin của BMS có thể đảm bảo sử dụng hiệu quả và hoạt động ổn định của hệ thống lưu trữ năng lượngBằng cách quản lý hợp lý quá trình sạc và xả pin, tối ưu hóa việc phân phối và lên lịch năng lượng theo SOC và SOP,cải thiện tỷ lệ sử dụng năng lượng tái tạo và độ tin cậy cung cấp điện, kéo dài tuổi thọ của pin và giảm chi phí bảo trì của hệ thống.

Xu hướng phát triển

Với sự phát triển liên tục của công nghệ pin và nhu cầu ứng dụng ngày càng tăng, công nghệ ước tính tình trạng pin BMS cũng liên tục đổi mới và cải thiện.ước tính tình trạng pin sẽ phát triển theo các hướng sau::

• Độ chính xác và độ tin cậy cao hơn:Với công nghệ cảm biến tiên tiến hơn, thuật toán xử lý tín hiệu và phương pháp tổng hợp dữ liệu, độ chính xác và độ tin cậy của ước tính SOC, SOH và SOP được cải thiện hơn nữa,Giảm các lỗi và sự không chắc chắn trong ước tính, và hỗ trợ mạnh mẽ hơn cho việc quản lý tinh tế và vận hành an toàn của pin.
• Các thuật toán thông minh hơn:Các công nghệ trí tuệ nhân tạo như học sâu và học tăng cường sẽ được sử dụng rộng rãi trong ước tính trạng thái pin,cho phép BMS tự động học các đặc điểm phức tạp của pin