2.1.1. Thông số hệ thống ắc quy.
Điện áp hệ thống: V Năng lượng tích lũy max: kW
2.1.2. Thông số cần đo lường.
Dịng điện phóng/nạp của hệ thống ắc quy: Ip, In
Điện áp của hệ thống ắc quy: Vbs
Điện áp từng phần của hệ thống ắc quy: Vbn
Nhiệt độ của hệ thống ắc quy: Tbs
2.1.3. Dung lượng ắc quy.
Dung lượng hệ thống ắc quy là tổng lượng điện tích tự do sinh ra bởi các chất hoạt động tại điện cực âm và được hấp thụ tại điện cực dương. Đơn vị Coulombs (C) hay Ah, 1Ah = 3600C. Trong các hệ thống ắc quy thực tế, dung lượng phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện phóng. Ví dụ, một ắc quy 20Ah có thể hoạt động với dòng 1A trong 20h nhưng khơng thể hoạt động với dịng 20A trong 1h. Sự khác biệt này là do sự phụ thuộc vào các phản ứng hóa học ở bên trong ắc quy. Để thể hiện mối quan hệ giữa dịng điện phóng và dung lượng của ắc quy, người ta đưa ra công thức.
I = kCn (2.1)
Với: I là dịng điện nạp hoặc dịng điện phóng k là hệ số của C
Ví dụ, nếu một ắc quy có giá trị danh định là 30Ah trong 10h được phóng tại dịng 15A, thì theo cơng thức (2.1) thì I = 0.5C10. Nếu một ắc quy 20Ah phóng tại dịng 4A, thì có thể nói nó được phóng tại 0.2C hoặc tại C/5.
2.1.4. Điện trở trong của ắc quy.
Là trị số điện trở bên trong của ăc quy, bao gồm điện trở
các bản cực, điện trở dung dịch điện phân có xét đến sự ngăn cách của các
tấm ngăn giữa các bản cực. Thường thì trị số điện trở trong của ăc quy khi đã nạp đầy điện là (0,001-0,0015)Ω và khi ăc quy đã phóng điện hồn toàn là (0,02-0,025)Ω .
Điện trở trong của ắc quy có thể xác định được qua thực nghiệm bằng việc sử dụng mạch test hình 2.1. Sự thay đổi tải đầu ra sẽ sinh ra một sự thay đổi điện áp Vb tương ứng.
e
Hình 2.1: Mạch đo điện trở trong RiDC Tương ứng , điện trở trong của ắc quy được xác định. Tương ứng , điện trở trong của ắc quy được xác định.
2.1.5. Hiệu suất Faraday.
Hiệu suất Faraday hay còn gọi là hiệu suất nạp của ắc quy xác định bởi tỉ lệ dung lượng phóng (Ah) và dung lượng nạp (Ah). Thông số này cho phép ước lượng hiệu suất nạp có thể đạt được của một hệ thống ắc quy cụ thể.
ηAh = (2.3)
2.1.6. Trạng thái nạp của ắc quy (SOC).
Trạng thái nạp của ắc quy là một thông số không thứ nguyên thể hiện dung lượng hiện tại so với điện dung danh định của ắc quy. Khi ắc quy được phóng và nạp, SOC chỉ ra tỉ lệ giữa tổng năng lượng đã bị tiêu hao hoặc đã được nạp vào ắc quy.
SOCbatt = 100% (2.4)
Việc xác định chính xác thơng số này là rất quan trọng cho việc quản lý năng lượng cũng như cung cấp thông tin đánh giá tổng năng lượng có ích trong hệ thống ắc quy. Nhiều
cơng nghệ khác nhau đã được sử dụng để ước lượng SOC như phương pháp điều khiển
mờ, sử dụng phương trình Peukert và sử dụng các bảng tra kinh nghiệm. Trong hầu hết các phương pháp xác định SOC, dòng điện ắc quy được lấy tích phân trên tồn bộ thời gian và liên hệ với điện dung danh định. Tuy nhiên, phương pháp tích phân dịng điện thiên về tích phân sai số gây ra bởi sự sai lệch lâu dài trong tính tốn.
Sự phóng một hệ thống ắc quy tại Cn từ t0 đến t1 với dịng điện phóng Ib mang ắc quy đến trạng thái nạp t1
SOCbatt(t1) = SOCbatt(t0) + (2.5)
Trong ứng dụng điều khiển thời gian thực, SOC có thể được tính tốn trong các bước rời rạc,
SOCbatt (k+1) = SOCbatt (k) + (2.6)
Với ΔT là chu kì trích mẫu và đủ nhỏ để giả thiết rằng dòng điện ắc quy giữ nguyên không đổi.
Qua thực nghiệm, mối quan hệ giữa điện áp hở mạch (OCV) và SOC tại nhiệt độ phòng
cho ắc quy VRLA thể hiện theo phương trình sau:
SOC = 84 × OCV – 984 ( 2.7)
Tuy nhiên việc xác định SOC trong điều kiện lái xe khó khăn do OCV của ắc quy biến động theo trạng thái hoạt động của ắc quy. Do vậy phương trình xác định SOC thực tế được thể hiện như:
SOC = f1 (Vocv) + f2 (I ×f1 (Vocv)) + f3 (∆T) ( 2.8) f1 là hàm của Vocv, f2 là hàm của dịng điện phóng, f3 là hàm của nhiệt độ..
Nếu tính tốn chính xác được SOC trong suốt quá trình sử dụng của xe điện sẽ mang lại các lợi thế sau:
• Kéo tuổi thọ ắc quy dài hơn • Hiệu suất ắc quy tốt hơn
• Cải thiện độ tin cậy hệ thống điện • Giảm yêu cầu điện
• ắc quy nhỏ hơn / nhẹ hơn
• Cải thiện tính kinh tế nhiên liệu (xe HEV) • Cảnh báo trước các hỏng hóc của gói ắc quy • Giảm các chi phí bảo hành
Việc tính tốn SOC có thể được hiển thị dung lượng ắc quy hữu ích, cơng suất của các gói ắc quy. Các tính tốn tối ưu hóa việc nạp lại mà khơng tổn hại đến tuổi thọ ắc quy. SOC ngăn ngừa các ắc quy khi sạc đầy quá mức và ngăn ngừa xả ngẫu nhiên. Giống
như một thiết bị cảnh báo thay thế ắc quy, SOC có thể cảnh báo người dùng rằng dung
lượng ắc quy là ở ngưỡng của nó và địi hỏi nạp và điều khiển hệ thống làm mát ắc quy để đảm bảo ắc quy vận hành tối ưu.
Bằng việc kiểm soát và điều khiển theo SOC sẽ cải thiện tuổi thọ ắc quy là 5%. Hình 2-2 So sánh tỷ lệ tái nạp của ắc quy có điều khiển theo SOC và khơng có điều khiển SOC theo thời gian. Ngoài ra, dung lượng của ắc quy cũng được cải thiện như thể hiện trong Hình 2-3.
Hình 2.2: So sánh SOC bình thường và SOC điều chỉnh.