Batterieladezustand

Schätzen des Ladezustands einer Batterie mit Simulink

Der Ladezustand (State of Charge, SOC) ist ein relatives Maß für die in einer Batterie gespeicherte Energiemenge, definiert als das Verhältnis zwischen der aus der Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt extrahierbaren Ladungsmenge und der Gesamtkapazität. Eine genaue Schätzung des Ladezustands ist wichtig, da Batteriemanagementsysteme (BMSs) diese verwenden, um den Benutzer über den erwarteten Verbrauch bis zum nächsten Aufladen zu informieren, die Batterie innerhalb des sicheren Betriebsfensters zu halten, Steuerungsstrategien zu implementieren und schließlich die Lebensdauer der Batterie zu verlängern.

Herkömmliche Ansätze für die Ladezustandsschätzung, wie z. B. die Messung der Leerlaufspannung (OCV) und die Integration über den Stromverlauf (Coulomb-Zählung), können für Zellchemien mit einer signifikanten OCV-Variation im gesamten SOC-Bereich recht genau sein, sofern die Stromstärkenmessung genau ist. Die Schätzung des Ladezustands für Batteriechemikalien, die eine flache OCV-SOC-Entladungssignatur aufweisen, wie beispielsweise Lithium-Eisen-Phosphat (LFP), ist jedoch schwierig. Die Kalman-Filterung ist ein vielversprechender alternativer Ansatz, der diese Herausforderungen mit einem etwas höheren Rechenaufwand umgeht. Solche Beobachter enthalten typischerweise ein nichtlineares Batteriemodell, das die an der Zelle gemessene Stromstärke und Spannung als Eingänge verwendet, sowie einen rekursiven Algorithmus, der die internen Zustände des Systems berechnet, einschließlich des Ladezustands.

Mit Simulink® haben Sie folgende Möglichkeiten:

  • Verwendung integrierter Schätzmethoden wie Kalman-Filter und erweiterte Kalman-Filter
  • Verwendung von Referenzbeispielen zur Entwicklung eigener Ladezustandsbeobachter
  • Erstellung genauer Batteriemodelle, um die Leistung Ihres Ladezustandsalgorithmus durch Simulation zu überprüfen
  • Verwendung des geschätzten Ladezustands zur Entwicklung von BMS-Algorithmen (z. B. zur Steuerung des Ladeprofils und zur Überwachung von Ungleichgewichten)

Schätzung des Ladezustands der Batterie unter Verwendung eines Unscented-Kalman-Filters in Simulink.

Entwicklung von Batteriemanagement-Systemen in Simulink

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