Nghiên cứu ước lượng soc cho pin lithium ion sử dụng bộ lọc kalman mở rộng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÙI TRUNG KIÊN u NGHIÊN CỨU ƢỚC LƢỢNG SoC CHO PIN LITHIUM-ION vă n th ạc sĩ Kĩ th uậ tN gh iê n SỬ DỤNG BỘ LỌC KALMAN MỞ RỘNG Lu ận LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN THÁI NGUYÊN – 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP n u BÙI TRUNG KIÊN gh iê NGHIÊN CỨU ƢỚC LƢỢNG SoC CHO PIN LITHIUM-ION Kĩ th uậ tN SỬ DỤNG BỘ LỌC KALMAN MỞ RỘNG ạc sĩ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN ận vă n th MÃ SỐ: 52 02 01 Lu LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Văn Chí THÁI NGUYÊN – 2020 CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Bùi Trung Kiên Đề tài luận văn: “Nghiên cứu ƣớc lƣợng SoC cho Pin Lithium-Ion sử dụng lọc Kalman mở rộng” Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8.52.02.01 Tác giả, Cán hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận u tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 23 / 09 gh iê n /2020 với nội dung sau: uậ tN - Chỉnh sửa luận văn quyy định; Kĩ th - Đánh đủ số trang; ạc sĩ - Chỉnh sửa cơng thức hình vẽ n th Thái Nguyên, ngày 18 tháng 10 năm 2020 Tác giả luận văn Lu ận vă Cán hƣớng dẫn PGS TS Nguyễn Văn Chí Bùi Trung Kiên CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS TS Nguyễn Hữu Công i LỜI CAM ĐOAN Tên là: Bùi Trung Kiên Sinh ngày 15 tháng 09 năm 1977 Học viên lớp cao học khoá K21 - Trường đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác : Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu thuật toán ƣớc lƣợng SoC cho Pin Lithuim-Ion sử dụng lọc Kalman mở rộng” thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Chí hướng dẫn nghiên cứu với tất tài liệu tham khảo u có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng tháng Học viên ạc sĩ Kĩ th uậ tN gh iê n Thái Nguyên, ngày Lu ận vă n th Bùi Trung Kiên ii năm 2020 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương hướng dẫn tận tình giúp đỡ thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Chí, luận văn với đề tài “Nghiên cứu ƣớc lƣợng SoC cho Pin Lithuim-Ion sử dụng lọc Kalman mở rộng” hoàn thành Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Chí tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Các thầy cô giáo Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, số đồng nghiệp, quan tâm động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập để hồn thành luận văn u Mặc dù cố gắng hết sức, nhiên điều kiện thời gian kinh nghiệm gh iê n thực tế thân cịn ít, đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tác uậ tN giả mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo, cô giáo bạn bè Thái Nguyên, ngày….tháng….năm 2020 n th ạc sĩ Tôi xin chân thành cảm ơn! Kĩ th đồng nghiệp cho luận văn tơi hồn thiện Lu ận vă Tác giả luận văn Bùi Trung Kiên iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN II LỜI CẢM ƠN III MỤC LỤC IV DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VI DANH MỤC BẢNG, BIỂU VII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ VIII LỜI NÓI ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nội dung luận văn u CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIN LITHIUM VÀ THAM SỐ SOC gh iê n 1.1 Giới thiệu pin lithium – Ion uậ tN 1.1.1 Khái niệm pin Lithium – Ion th 1.1.2 Nguyên lý hoạt động pin Lithium - Ion ạc sĩ Kĩ 1.1.3 Ưu điểm Pin Lithium Ion ứng dụng n th 1.2 Tham số SOC pin Lithium - Ion ận vă 1.2.1 Khái niệm tham số SOC pin Lithium - Ion Lu 1.2.2.Các đặc điểm tham số SoC 1.3 Vấn đề ước lượng tham số Pin Lithium Ion .10 1.3.1.Các tham số cần ước lượng .10 1.3.2 Một số phương pháp xác định SoC 11 1.4 Kết luận chương 11 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MẠCH ĐIỆN TƢƠNG ĐƢƠNG CHO PIN LITHIUM - ION 12 2.1.Mô hình mạch điện tương đương Pin Lithium -Ion 12 2.1.1.Quan hệ điện áp hở mạch (OCV) SoC .12 2.1.2.Phân cực tuyến tính 14 2.1.3 Điện áp trễ 15 2.2 Rời rạc hóa mơ hình pin Lithium Ion 16 iv 2.3 Mơ hình ESC pin Lithium Ion 18 2.4 Xác định tham số mơ hình ESC 19 2.4.1 Xác định quan hệ OCV SoC .19 2.4.2 Xác định tham số cịn lại mơ hình ESC 27 2.5 Kết xác định tham số mơ hình ESC cho loại Pin 31 2.5.1 Quan hệ SoC OCV 34 2.5.2 Các tham số mơ hình 37 2.6 Kết luận chương 39 CHƢƠNG 3: ƢỚC LƢỢNG SOC CỦA PIN LITHIUM SỬ DỤNG BỘ LỌC KALMAN MỞ RỘNG 40 3.1 Nguyên lý lọc Kalman mở rộng 40 u 3.2 Ước lượng SoC pin Lithium Ion sử dụng lọc Kalman mở rộng 43 gh iê n 3.2.1 Áp dụng lọc Kalman mở rộng cho mơ hình ESC cell pin Lithium tN - Ion 43 th uậ 3.2.2.Thuật toán ước lượng SoC cho mơ hình ESC cell pin Lithium – Ion 45 ạc sĩ Kĩ 3.3.Kết ước lượng SoC cho pin Lithum Ion Samsung INR18650-25R th 20/35A 2500mAh 18650 48 ận vă n 3.4 Kết luận chương 58 Lu KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT T vi t tắt Tên ti ng Anh Tên ti ng Việt LTHI Lithium Ion Battery Pin Ion Battery SoC State of Charge Trạng thái nạp OCV Open Circuit Voltage Điện áp hở mạch ESC Enhanced Self Correct Circuit Mơ hình mạch điện tương Model đương pin làm có kể đến ảnh hưởng điện áp trễ, nhiệt độ, điện trở trong, phân cực điện áp v.v n iê gh tN uậ th Kĩ sĩ ạc th n vă ận vi Hệ thống quản lý pin u Battery Management Systems Lu BMS DANH MỤC BẢNG, BIỂU Bảng 2.1 Bảng liệu thực nghiệm để xác định quan hệ OCV SoC cho pin Lithium Ion 21 Bảng 2.2 Bảng liệu thí nghiệm xác định tham số cịn lại pin .30 Bảng 2-3 Ví dụ liệu thực nghiệm pin Lithium Ion SAMSUNG INR18650-25R 20/35A 2500mAh 18650 biểu diễn Matlab .33 Bảng 3-1: Thuật tốn tính tốn lọc Kalman mở rộng 42 Lu ận vă n th ạc sĩ Kĩ th uậ tN gh iê n u Bảng 3-2 Dữ liệu mơ hình Pin 49 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 : Một loại Pin Lithium NCR18650 hãng Panasonic Hình 1.2 Minh họa trình sạc xả pin Lithium Hình 1.3 Cấu trúc hệ thống BMS .8 Hình 1.4 Minh họa SoC đồ thị minh họa thay đổi SoC điện áp hở mạch trình nạp xả Hình 2.1 Mơ hình điện áp hở mạch Pin – Lithium Ion 12 Hình 2.2 Quan hệ OCV SoC nhiệt độ 250C cho loại 03 loại Pin Lithium 13 Hình 2.3 Mơ hình pin Lithium kể đến nội trở 14 Hình 2.4 Hiện tượng điện áp khuếch tán Pin 14 u Hình 2.5 Mơ hình Pin có kể đến tượng phân cực tuyến tính 15 gh iê n Hình 2.6 Hiện tượng điện áp trễ 16 uậ tN Hình 2.7 Mơ hình ESC pin Lithium - Ion 18 th Hình 2.8 Sự thay đổi điện áp hai cực pin theo kịch .20 ạc sĩ Kĩ Hình 2.9 Sự thay đổi điện áp hai cực pin theo kịch .22 n th Hình 2.10 Hiệu suất Coulomb cho loại cell pin Lithium Ion khác 24 ận vă Hình 2.11 Quan hệ OCV SoC tương ứng với trình nạp xả bước Lu bước cho loại pin ứng với nhiệt độ cố định .25 Hình 2.12 Quan hệ OCV SoC tương ứng nhiệt độ 00C (bên trái) nhiệt độ thay đổi (bên phải) 26 Hình 2.13 Điện áp OCV kịch 28 Hình 2.14 Điện áp OCV kịch 28 Hình 2.15 Điện áp OCV kịch 29 Hình 2.16 Pin Lithium Ion SAMSUNG INR18650-25R 20/35A 2500mAh 18650 32 Hình 2.17 Quan hệ SoC OCV Pin SAMSUNG nhiệt độ -250C 34 Hình 2.18 Quan hệ SoC OCV Pin SAMSUNG nhiệt độ -150C 34 Hình 2.19 Quan hệ SoC OCV Pin SAMSUNG nhiệt độ -50C 35 Hình 2.20 Quan hệ SoC OCV Pin SAMSUNG nhiệt độ 50C .35 viii 3.3.Kết ước lượng SoC cho pin Lithum Ion Samsung INR18650-25R 20/35A 2500mAh 18650 Lu ận vă n th ạc sĩ Kĩ th uậ tN gh iê n u  Dữ liệu mơ hình pin xác định chương 2, sau: 48 Bảng 3-2 Dữ liệu mơ hình Pin Tên bi n Dữ liệu 3.2236 3.3034 3.3649 3.4149 3.4572 3.4938 3.5255 3.5534 3.5783 3.6009 3.6211 3.6383 3.6506 3.6543 3.6551 3.6562 3.6573 3.6587 3.6599 3.6614 3.6628 3.6644 3.6664 3.6683 3.6708 3.6735 3.6765 3.6797 3.6840 3.6881 3.6921 3.6964 3.7005 3.7046 3.7085 3.7123 3.7159 3.7198 3.7237 3.7273 3.7306 3.7335 3.7364 3.7393 3.7425 3.7461 3.7498 3.7535 3.7564 3.7587 3.7602 3.7615 3.7625 3.7633 3.7642 3.7647 3.7654 3.7661 3.7664 3.7672 3.7680 3.7686 3.7698 3.7706 3.7715 3.7726 3.7735 3.7746 3.7755 3.7769 3.7778 3.7791 3.7802 3.7816 3.7828 3.7841 3.7855 3.7868 3.7884 3.7897 3.7910 3.7927 3.7943 3.7960 3.7976 3.7992 3.8008 3.8026 3.8045 3.8062 3.8083 3.8102 3.8122 3.8141 3.8160 3.8181 3.8246 3.8264 3.8281 3.8299 3.8318 3.8336 3.8481 n 3.8376 3.8438 3.8459 3.8753 3.8787 3.8823 3.8861 3.8900 3.8942 3.9306 3.9344 3.9378 3.9414 3.9450 3.9482 3.9516 3.9549 3.9816 3.9853 3.9886 3.9923 3.9959 3.9998 4.0036 4.0411 4.0454 4.0497 4.0540 4.0582 4.1040 4.1083 4.1129 4.1174 3.8505 3.8530 3.8552 3.8579 3.8661 3.8690 3.9029 3.9070 3.9112 3.9153 3.9194 3.9231 3.9270 3.9584 3.9615 3.9648 3.9683 3.9715 3.9748 3.9784 4.0074 4.0112 4.0154 4.0196 4.0237 4.0280 4.0322 4.0366 4.0623 4.0664 4.0705 4.0744 4.0783 4.0825 4.0866 4.0908 4.0952 4.0995 4.1266 4.1311 4.1358 4.1403 4.1452 4.1498 4.1546 4.1595 4.1644 4.1693 4.1742 4.1797 4.1849 4.1907 4.2025 gh tN uậ th Kĩ ạc 4.1220 3.8224 3.8986 iê 3.8355 sĩ 3.8396 3.8416 3.8202 3.8720 3.8605 3.8632 n th OCV0 (1x201) u 2.8685 3.1006 vă -0.00163 -0.00093 -0.00065 -0.00058 -0.00053 -0.00049 -0.00047 -0.00046 -0.00044 -0.00042 -0.00041 -0.00040 -0.00039 -0.00035 -0.00025 -0.00003 Lu ận 0.00010 0.00012 0.00013 0.00011 0.00011 0.00010 0.00009 0.00007 0.00005 0.00003 0.00000 -0.00002 -0.00005 -0.00007 -0.00011 -0.00012 -0.00014 -0.00015 -0.00015 -0.00015 -0.00015 -0.00016 -0.00015 -0.00015 -0.00015 -0.00015 -0.00015 -0.00016 -0.00017 -0.00017 -0.00016 -0.00017 -0.00017 -0.00018 -0.00018 -0.00019 -0.00019 -0.00019 -0.00018 -0.00017 -0.00015 -0.00013 -0.00010 -0.00008 -0.00005 OCVrel (1x201) -0.00003 -0.00002 0.00000 -0.00001 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00001 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 -0.00001 0.00000 0.00000 0.00000 -0.00001 -0.00001 -0.00001 -0.00001 -0.00001 -0.00001 -0.00002 -0.00002 -0.00002 -0.00002 -0.00003 -0.00003 -0.00003 -0.00003 -0.00003 -0.00004 -0.00004 -0.00004 -0.00004 -0.00003 -0.00003 -0.00002 -0.00002 -0.00002 -0.00002 -0.00001 -0.00001 -0.00001 0.00001 0.00001 0.00001 0.00003 0.00003 0.00005 0.00007 0.00009 0.00012 0.00016 0.00020 0.00024 0.00028 0.00029 0.00031 0.00031 0.00029 0.00027 0.00026 0.00023 0.00021 0.00019 0.00017 0.00016 0.00014 0.00012 0.00012 0.00011 0.00009 0.00009 0.00009 0.00008 0.00008 0.00008 0.00008 0.00008 0.00008 0.00008 0.00008 49 0.00008 0.00008 0.00008 0.00008 0.00008 0.00007 0.00007 0.00007 0.00006 0.00006 0.00005 0.00005 0.00004 0.00003 0.00003 0.00001 0.00000 0.00000 -0.00001 -0.00001 -0.00001 -0.00001 -0.00001 0.00000 0.00001 0.00001 0.00002 0.00002 0.00002 0.00002 0.00002 0.00002 0.00002 0.00002 0.00001 0.00001 0.00002 0.00001 0.00002 0.00001 0.00002 0.00001 0.00001 0.00001 0.00001 0.00000 -0.00001 0.00000 -0.00001 -0.00012 0.00000 0.00500 0.01000 0.01500 0.02000 0.02500 0.03000 0.03500 0.04000 0.04500 0.05000 0.05500 0.06000 0.06500 0.07000 0.07500 0.08000 0.08500 0.09000 0.09500 0.10000 0.10500 0.11000 0.11500 0.12000 0.12500 0.13000 0.13500 0.14000 0.14500 0.15000 0.15500 0.16000 0.16500 0.17000 0.17500 0.18000 0.18500 0.19000 0.19500 0.20000 0.20500 0.21000 0.21500 0.22000 0.22500 0.23000 0.23500 0.24000 0.24500 0.25000 0.25500 0.26000 0.26500 0.27000 0.27500 0.28000 0.28500 0.29000 0.29500 0.30000 u 0.30500 0.31000 0.31500 0.32000 0.32500 0.33000 0.33500 0.34000 0.34500 0.35000 0.35500 0.36000 0.36500 0.37000 0.37500 iê n 0.38000 0.38500 0.39000 0.39500 0.40000 0.40500 0.41000 0.41500 0.42000 0.42500 0.43000 0.43500 0.44000 0.44500 0.45000 0.45500 0.46000 0.46500 0.47000 0.47500 0.48000 0.48500 0.49000 0.49500 0.50000 0.50500 0.51000 0.51500 0.52000 0.52500 gh SoC (1x201) tN 0.53000 0.53500 0.54000 0.54500 0.55000 0.55500 0.56000 0.56500 0.57000 0.57500 0.58000 0.58500 0.59000 0.59500 0.60000 th uậ 0.60500 0.61000 0.61500 0.62000 0.62500 0.63000 0.63500 0.64000 0.64500 0.65000 0.65500 0.66000 0.66500 0.67000 0.67500 Kĩ 0.68000 0.68500 0.69000 0.69500 0.70000 0.70500 0.71000 0.71500 0.72000 0.72500 0.73000 0.73500 0.74000 0.74500 0.75000 sĩ 0.75500 0.76000 0.76500 0.77000 0.77500 0.78000 0.78500 0.79000 0.79500 0.80000 0.80500 0.81000 0.81500 0.82000 0.82500 th ạc 0.83000 0.83500 0.84000 0.84500 0.85000 0.85500 0.86000 0.86500 0.87000 0.87500 0.88000 0.88500 0.89000 0.89500 0.90000 OCV (1x178) 2.50 2.51 2.65 2.66 2.80 2.81 2.95 2.96 0.98000 0.98500 0.99000 0.99500 1.00000 2.52 2.53 2.54 2.55 2.56 2.57 2.58 2.59 2.60 2.61 2.62 2.63 2.64 2.67 2.68 2.69 2.70 2.71 2.72 2.73 2.74 2.75 2.76 2.77 2.78 2.79 2.82 2.83 2.84 2.85 2.86 2.87 2.88 2.89 2.90 2.91 2.92 2.93 2.94 2.97 2.98 2.99 3.00 3.01 3.02 3.04 3.05 3.06 3.07 3.08 3.09 Lu 2.49 ận vă n 0.90500 0.91000 0.91500 0.92000 0.92500 0.93000 0.93500 0.94000 0.94500 0.95000 0.95500 0.96000 0.96500 0.97000 0.97500 3.12 3.03 3.10 3.11 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 3.33 3.34 3.35 3.36 3.37 3.38 3.39 3.40 3.41 3.42 3.43 3.44 3.45 3.46 3.47 3.48 3.49 3.50 3.51 3.52 3.53 3.54 3.55 3.56 3.57 3.58 3.59 3.60 3.61 3.62 3.63 3.64 3.65 3.66 3.67 3.68 3.69 3.70 3.71 3.73 3.74 3.75 3.76 3.77 3.78 3.79 3.80 3.82 3.83 3.84 3.72 50 3.21 3.81 3.85 3.86 3.87 3.88 3.89 3.90 3.91 3.92 3.93 3.94 3.95 3.96 3.97 3.98 3.99 4.00 4.01 4.02 4.03 4.04 4.05 4.06 4.07 4.08 4.09 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 -0.0082 -0.0080 -0.0078 -0.0076 -0.0074 -0.0072 -0.0069 -0.0067 -0.0065 -0.0063 -0.0061 -0.0059 -0.0056 -0.0054 -0.0052 -0.0050 -0.0048 -0.0046 -0.0043 -0.0041 -0.0039 -0.0037 -0.0035 -0.0033 -0.0030 -0.0028 -0.0026 -0.0024 -0.0022 -0.0020 -0.0017 -0.0015 -0.0013 -0.0011 -0.0009 -0.0006 -0.0004 -0.0002 0.0001 0.0006 0.0008 0.0011 0.0014 0.0017 0.0020 0.0025 0.0028 0.0031 0.0034 0.0037 0.0039 0.0042 0.0045 0.0048 0.0051 0.0054 0.0056 0.0059 0.0062 0.0065 0.0068 0.0071 0.0073 0.0076 0.0079 0.0082 0.0085 0.0087 0.0090 0.0093 0.0097 0.0101 0.0105 0.0111 0.0119 0.0126 0.0133 0.0140 0.0147 0.0154 0.0161 0.0168 0.0175 0.0182 0.0190 0.0197 0.0206 0.0216 0.0227 0.0238 0.0249 0.0260 0.0270 0.0281 0.0293 0.0446 0.0465 0.0484 0.0505 0.0527 0.0551 0.1695 0.1821 0.1953 0.2096 0.5639 0.5842 0.6025 0.7802 0.7932 u 0.0022 0.0305 0.0319 0.0333 0.0348 0.0363 0.0377 0.0393 0.0409 0.0427 0.0574 0.0599 0.0630 0.0682 0.0742 0.0992 0.1282 0.1450 0.1576 0.2258 0.2407 0.2618 0.3212 0.3692 0.4062 0.4375 0.4645 0.4895 0.5150 0.5409 0.6177 0.6299 0.6413 0.6530 0.6655 0.6789 0.6928 0.7075 0.7226 0.7377 0.7523 0.7668 0.8055 0.8174 0.8288 0.8522 0.8645 0.8770 0.8891 0.9005 0.9118 0.9228 0.9337 0.9445 gh tN uậ th 0.8403 Kĩ 0.9757 0.9854 sĩ 0.9655 0.9930 ạc 0.9551 iê n SoC0 (1x178) 0.0003 1.0079 1.0123 1.0167 1.0211 1.0255 0.000053 0.000053 0.000052 0.000051 0.000051 0.000050 0.000049 0.000049 0.000048 th 0.000057 0.000056 0.000056 0.000055 0.000054 0.000054 0.9987 1.0035 vă n 0.000048 0.000047 0.000046 0.000046 0.000045 0.000044 0.000044 0.000043 0.000043 0.000042 0.000041 0.000041 0.000040 0.000040 0.000039 0.000038 ận 0.000038 0.000038 0.000038 0.000038 0.000039 0.000039 0.000040 0.000040 0.000041 0.000041 0.000041 0.000041 0.000040 0.000039 0.000038 Lu 0.000038 0.000037 0.000036 0.000036 0.000035 0.000034 0.000033 0.000033 0.000032 0.000031 0.000030 0.000030 0.000029 0.000028 0.000027 0.000027 0.000026 0.000025 0.000024 0.000024 0.000023 0.000022 0.000021 0.000021 0.000020 0.000021 0.000027 0.000034 0.000040 0.000044 OCVrel (1x178) 0.000043 0.000043 0.000042 0.000042 0.000041 0.000040 0.000040 0.000039 0.000039 0.000038 0.000041 0.000047 0.000053 0.000056 0.000055 0.000054 0.000054 0.000053 0.000052 0.000053 0.000058 0.000065 0.000068 0.000067 0.000067 0.000066 0.000067 0.000073 0.000079 0.000081 0.000080 0.000078 0.000083 0.000090 0.000093 0.000092 0.000095 0.000104 0.000101 0.000025 -0.000012 -0.000397 0.000121 0.000162 0.000180 0.000200 0.000203 0.000258 0.000256 0.000280 0.000604 0.000028 -0.000005 0.000010 0.000080 0.000088 0.000038 -0.000016 -0.000082 -0.000203 -0.000302 -0.000338 -0.000272 -0.000217 -0.000165 -0.000133 -0.000119 -0.000123 -0.000063 -0.000043 -0.000017 -0.000083 51 -0.000029 0.000035 0.000066 -0.000341 -0.000318 -0.000113-0.000114 -0.000097 0.000002 0.000009 0.000008 -0.000008 -0.000023 -0.000022 -0.000020 -0.000018 -0.000015-0.000013 -0.000014 -0.000010 -0.000006 -0.000001 0.000025 0.000068 0.000110 0.000163 0.000217 0.000270 0.000324 0.000377 2.16059783836010 2.16352610129109 2.17686662338975 2.17058839729510 OCVQ (1 x 8) OCVeta (1 x 8) 2.17510662791514 2.17529962872337 2.18858227281753 2.17285900776249 0.987641340252708 0.989120659632985 0.991699131770744 0.987604769535184 0.988428318746643 0.985439396412454 0.991240379867523 0.988478517031051 Các nhiệt độ xét -25 -15 -5 15 25 35 45 2.1378 2.1597 Q(T ) (1 x 8) 2.150 2.138 2.160 2.1877 n 2.1497 2.1944 2.1507 2.1515 2.1524 2.194 2.151 2.152 2.152 gh iê (T ) (1 x 8) u T (1 x 8) tN 2.188 uậ (T ) (1 x 8) 250 250 250 250 250 Kĩ th 250 17.2157 250 M (T ) (1 x 8) ạc sĩ 0.0043 0.0619 0.0086 0.0060 0.0057 0.0042 0.0036 0.0023 th M (T ) (1 x 8) RC (T ) RC (1 x 8) R(T ) (1 x 8) ận 0.5967 0.4166 0.2645 0.1622 0.1149 0.0898 0.0781 0.0718 Lu R0 (T ) (1 x 8) vă n 0.1142 0.1301 0.0380 0.0305 0.0227 0.0244 0.0213 0.0196 1.3781 0.8885 0.8188 0.7706 0.9576 2.0578 2.1560 2.6972 0.4655 0.2373 0.0652 0.0219 0.0137 0.0105 0.0093 0.0087 52 Các liệu động học cho kịch 1,2,3 uậ tN gh iê n u Kịch 1: Kĩ th Hình 3.3 Dữ liệu động học cho kịch Lu ận vă n th ạc sĩ Kịch Hình 3.4 Dữ liệu động học cho kịch 53 uậ tN gh iê n u Kịch Kĩ th Hình 3.5 Dữ liệu động học cho kịch th ạc sĩ  Các ma trận hiệp phương sai chọn vă n xˆ0 T 0 , Lu ận 1e w 2e 1e 0 x ,0 v ,k 0 1e 1  Kết ước lượng cho kịch sau: 54 Lu ận vă n th ạc sĩ Kĩ th uậ tN gh iê n u Kịch Hình 3.6 Kết qua sát SoC sai lệch ước lượng SoC cho kịch 55 Lu ận vă n th ạc sĩ Kĩ th uậ tN gh iê n u Kịch Hình 3.7 Kết qua sát SoC sai lệch ước lượng SoC cho kịch 56 Lu ận vă n th ạc sĩ Kĩ th uậ tN gh iê n u Kịch Hình 3.8 Kết qua sát SoC sai lệch ước lượng SoC cho kịch Nhận xét: Đối với kịch 1: Lượng xả nhiều lượng nạp (thể hình 3-1), điện áp giảm dần từ 4.2V xuống 3.5V, tổng lượng nạp vào pin 0.8Ah, tổng lượng xả 2.8Ah Kết ước lượng SoC hình 3-4 cho thấy SoC giảm từ 100% xuống 5% Đường ước lượng mơ hình ESC gần trùng với đường SoC thực tế xác định liệu thực nghiệm Sai lệch ước lượng mơ tả hình 3-4 có giá trị khoảng ±1% Đối với kịch 2: Đây kịch cho nạp đầy sau cho xả với tốc độ C/30 đến điện áp mức trì mức này, nghĩa SoC nhỏ 57 biểu thị Hình 3-2 Kết ước lượng SoC Hình 3-5 cho thấy SoC giảm nhanh từ 100% xuống 2.5% giai đoạn trì điện áp SoC giảm xuống 0% Đường ước lượng mơ hình ESC gần trùng với đường SoC thực tế xác định liệu thực nghiệm Sai lệch ước lượng mô tả hình 3-4 có giá trị khoảng ±0.1% Đối với kịch 3: Đây kịch cho nạp đầy đến điện áp mức max trì mức này, nghĩa SoC gần 100% biểu thị Hình 3-3 Kết ước lượng SoC Hình 3-6 cho thấy SoC tăng đến 100% Đường ước lượng mơ hình ESC gần trùng với đường SoC thực tế xác định liệu thực nghiệm Sai lệch ước lượng mô tả hình 3-4 có giá trị khoảng ±1% u 3.4 K t luận chƣơng gh iê n Chương luận văn trước hết trình bày nguyên lý lọc Kalman tN mở rộng, sau áp dụng lọc Kalman mở rộng cho mơ hình ESC cell pin th uậ Lithium – Ion xây dựng chương để tính tham số ma trận lọc sĩ Kĩ Chương trình bày thuật tốn ước lượng SoC cho mơ hình ESC, kết th ạc mơ cho toán ước lượng SoC thực cho 03 kịch xả nạp ận vă n khác nhau, kết ước lượng SoC so sánh với đường SoC thực tế xác định Lu liệu thực nghiệm Sai lệch ước SoC có giá trị khoảng ±1% 58 KẾT LUẬN Luận văn với tên đề tài “Ƣớc lƣợng trạng thái SoC cho pin Lithium-Ion sử dụng lọc Kalman mở rộng” thực nội dung trình bày chương cách tóm tắt sau: Chương luận văn tìm hiểu Pin Lithium Ion, nguyên lý hoạt động Pin, vai trò tham số SoC ưu nhược điểm số phương pháp xác định SoC Để xác định SoC thực tế có số phương pháp phương pháp đếm Coulomb, phương pháp điện áp hở mạch Các phương pháp theo nghiên cứu cho kết mức độ chấp nhận được, nhiên khơng xác chưa kể đến ảnh hưởng nhiệt độ trình làm việc Pin Một phương pháp thực nghiên cứu u năm gần phương pháp dựa quan sát SoC từ biến dòng gh iê n điện, điện áp hở mạch nhiệt độ làm việc pin mang lại độ xác cao uậ tN th Chương luận văn xây dựng mơ hình ESC pin, xác định quan hệ ạc sĩ Kĩ điện áp hở mạch OCV SoC theo 08 nhiệt độ làm việc Xác định tham vă n th số cịn lại mơ hình bao gồm Q, R, M 0, M , R1C1, R, , tham số ận với quan hệ OCV SoC pin xác định dựa liệu thực Lu nghiệm thu dựa số kịch xả nạp khác Chương luận văn trước hết trình bày nguyên lý lọc Kalman mở rộng, sau áp dụng lọc Kalman mở rộng cho mơ hình ESC cell pin Lithium – Ion xây dựng chương để tính tham số ma trận lọc Chương trình bày thuật tốn ước lượng SoC cho mơ hình ESC, kết mơ cho toán ước lượng SoC thực cho 03 kịch xả nạp khác nhau, kết ước lượng SoC so sánh với đường SoC thực tế xác định liệu thực nghiệm Sai lệch ước SoC có giá trị khoảng ±1% 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Y Zhou and X Li, "Overview of lithium-ion battery SOC estimation," 2015 IEEE International Conference on Information and Automation, Lijiang, 2015, pp 2454-2459 doi: 10.1109/ICInfA.2015.7279698 [2] T Horiba, "Lithium-Ion Battery Systems," in Proceedings of the IEEE, vol 102, no 6, pp 939-950, June 2014 doi: 10.1109/JPROC.2014.2319832 [3] Rui Xiong, Hongwen He, Cell State-of-Charge Estimation for the Multi-cell Series-connected Battery Pack with Model bIas Correction Approach, Energy Procedia, Volume 61, 2014, Pages 172-175, ISSN 1876-6102, https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.11.932 u [4] K.S Ng, C.S Moo, Y.P Chen, Y.C Hsieh, Enhanced coulomb counting Appl Energy 86 (Sep tN batteries, gh iê n method for estimating state-of-charge and state-of-health of lithium-ion (9)) (2009) 1506–1511 th uậ https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2008.11.021 sĩ Kĩ [5] Y Zheng, M Ouyang, X Han, L Lu, J Li, Investigating the error sources of J n vehicles, Power Sources 377 (Feb) (2018) 161–188 vă electric th ạc the online state of charge estimation methods for lithium-ion batteries in Lu ận https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.11.094 [6] Thuy N.V., Van Chi N (2020) State of Charge Estimation for Lithium-Ion Battery Using Sigma-Point Kalman Filters Based on the Second Order Equivalent Circuit Model In Advances in Engineering Research and Application ICERA 2019 Lecture Notes in Networks and Systems, vol 104 Springer, Cham, doi.org/10.1007/978-3-030-37497-6_77 [7] Hu, X.; Li, S.; Zhang, C.; Peng, H A comparative study of equivalent circuit models for Li-ion batteries J Power Sources 2012, 198, 359–367 https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.10.013 [8] M Yazdanpour, P Taheri, A Mansouri and B Schweitzer, "A circuit- based approach for electro-thermal modeling of lithium-ion batteries," 2016 32nd Thermal Measurement, Modeling & Management Symposium 60 (SEMI-THERM), San Jose, CA, 2016, pp 113-127 doi: 10.1109/SEMITHERM.2016.7458455 [9] Yidan Xu, Minghui Hu, Anjian Zhou, Yunxiao Li, Shuxian Li, Chunyun Fu, Changchao Gong, State of charge estimation for lithium-ion batteries based on adaptive dual Kalman filter, Applied Mathematical Modelling, Volume 77, Part 2,2020, Pages 1255-1272, ISSN 0307-904X, https://doi.org/10.1016/j.apm.2019.09.011 [10] F Ciortea, C Rusu, M Nemes and C Gatea, "Extended Kalman Filter for state-of-charge estimation in electric vehicles battery packs," 2017 International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM) & 2017 Intl Aegean Conference on Electrical iê gh doi: 10.1109/OPTIM.2017.7975036 n u Machines and Power Electronics (ACEMP), Brasov, 2017, pp 611-616 uậ tN [11] Ming Zhang, Kai Wang, and Yan-ting Zhou, “Online State of Charge Kĩ th Estimation of Lithium-Ion Cells Using Particle Filter-Based Hybrid Filtering Approach,” Complexity, ID 8231243, 10 pages, ạc sĩ vol 2020, Article vă n th 2020 https://doi.org/10.1155/2020/8231243 ận [12] N T Tran, M Vilathgamuwa, Y Li, T Farrell, S S Choi and J Teague, Lu "State of charge estimation of lithium ion batteries using an extended single particle model and sigma-point Kalman filter," 2017 IEEE Southern Power Electronics Conference (SPEC), Puerto Varas, 2017, pp 1-6 doi: 10.1109/SPEC.2017.8333564 [13] S Tong, J.H Lacap, J.W Park, Battery state of charge estimation using a load- classifying neural network, J Energy Storage (Aug.) (2016) 236–243 https://doi.org/10.1016/j.est.2016.07.002 [14] H Ben Sassi, F Errahimi, N Es-Sbai, C Alaoui, Comparative study of ANN/KF for on-board SOC estimation for vehicular applications, J Energy Storage 25 (Oct.) (2019) 100822 https://doi.org/10.1016/j.est.2019.100822 [15] D Jiani, L Zhitao, W Youyi and W Changyun, "A fuzzy logic-based model for Li-ion battery with SOC and temperature effect," 11th IEEE 61 International Conference on Control & Automation (ICCA), Taichung, 2014, pp 1333-1338 doi: 10.1109/ICCA.2014.6871117 [16] B Wang, Z Liu, S E Li, S J Moura and H Peng, "State-of-Charge Estimation for Lithium-Ion Batteries Based on a Nonlinear Fractional Model," in IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol 25, no 1, pp 3-11, Jan 2017 doi: 10.1109/TCST.2016.2557221 [17] Haifeng Dai, Xuezhe Wei, Zechang Sun, Jiayuan Wang, Weijun Gu, Online cell SOC estimation of Li-ion battery packs using a dual time-scale Kalman filtering for EV applications, Applied Energy, Volume 95,2012, Pages 227237,ISSN 0306-2619, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.02.044 u [18] Z Zhang, X Cheng, Z Lu and D Gu, "SOC Estimation of Lithium-Ion n Battery Pack Considering Balancing Current," in IEEE Transactions on uậ doi: 10.1109/TPEL.2017.2700324 tN gh iê Power Electronics, vol 33, no 3, pp 2216-2226, March 2018 https://vi.wikipedia.org/wiki/Pin_Li-ion [20] https://www.sparkfun.com/products/13813 ạc sĩ Kĩ th [19] vă n th [21] Ruifeng Zhang 1,2,3,* ID , Bizhong Xia , Baohua Li , Libo Cao , Lu ận Yongzhi Lai , Weiwei Zheng , Huawen Wang and Wei Wang 3, State of the Art of Lithium-Ion Battery SOC Estimation for Electrical Vehicles, Energies 2018, 11, 1820; doi:10.3390/en11071820 [22] Gregory L.Plett, “Battery Modeling”, Vol 1, Artech House, London, 2015 [23] M Sami Fadali, Antonio Visioli, “Digital Control Engineering, Analysis and Design” Elsevier Press, 2009 [24] Gregory L.Plett, “Applied Kalman Filtering”, Artech House, London, 2017 [25] Nguyễn Vĩnh Thụy, Nguyễn Văn Chí, “Ước lượng SoC Pin Lithium Ion sử dụng quan sát bình phương cực tiểu hồi quy”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Thái Nguyên, 2018 [26] Đỗ Thị Thùy Dương, luận văn cao học 2018, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên 62