Επιτήρηση κατάστασης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών

• Κύριος συγγραφέας: Βίσας, Αλέξανδρος
• Άλλοι συγγραφείς: Visas, Alexandros
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Κατάσταση φόρτισης; Κατάσταση υγείας; Συσσωρευτές; Εκτίμηση καταστάσεων; Εκτιμητές; Ισοδύναμο ηλεκτρικό κύκλωμα; Τάση ανοιχτού κυκλώματος; Σύστημα επιτήρησης συσσωρευτή; Ηλεκτρικά οχήματα; Κελιά ιόντων λιθίου; Τάση υστέρησης; Φίλτρο κάλμαν; Μη γραμμικό φίλτρο κάλμαν; Μέθοδος ελαχίστων τετραγώνων; State of charge (SOC); State of health (SOH); Battery cell; State estimation; Estimators; Equivalent circuit; Open circuit voltage; Battery management system (BMS); Electric vehicles; Li-Ion cells; Hysteresis voltage; Kalman filter; Non linear kalman filter; Extended kalman filter (EKF); Unscented kalman filter (UKF); Central difference kalman filter (CDKF); Sigma points kalman filter; Least square method

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και την προσομοίωση για την εκτίμηση των καταστάσεων ενός ηλεκτροχημικού συσσωρευτή. Η εργασία πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Στόχος είναι η δημιουργία εκτιμητών υψηλής ακρίβειας που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση των καταστάσεων φόρτισης (SOC) και υγείας (SOH) του συσσωρευτή οι οποίοι θα αποτελέσουν μέρος του λογισμικού ενός ενσωματωμένου συστήματος διαχείρισης μπαταρίας (BMS) ενός ηλεκτρικού οχήματος. Αρχικά, γίνεται μια ιστορική αναδρομή για τις σημαντικότερες τεχνολογικές ανακαλύψεις στον τομέα της κίνησης. Έπειτα, γίνεται μια σύντομη αναφορά για το ηλεκτρικό αυτοκίνητο και τα βασικά μέρη που το απαρτίζουν. Έπειτα, παρέχονται βασικές πληροφορίες για τα κελιά και τους συσσωρευτές, τα οποία είναι τα στοιχεία εκείνα τα οποία θα επιχειρηθούν να εκτιμηθούν. Παρέχονται επίσης, πληροφορίες για τα κελιά ιόντων λιθίου, τα οποία χρησιμοποιούνται κατά κόρον στις σημερινές εφαρμογές κίνησης. Ύστερα παρέχονται πληροφορίες για το σύστημα διαχείρισης της μπαταρίας (BMS), όπως οι λειτουργικές απαιτήσεις του, καθώς και τα στοιχεία που αποτελούν ένα σύγχρονο BMS. Ακολουθεί η μοντελοποίηση του ηλεκτροχημικού κελιού μέσω ενός ηλεκτρικού κυκλώματος το οποίο θα περιγράφει όλους τους ηλεκτροχημικόυς μηχανισμούς που λαμβάνουν χώρα μέσα στο ηλεκτροχημικό κελί. Η μοντελοποίηση αυτή, αποτελεί το βασικό βήμα για την ανάπτυξη των εκτιμητών κατάστασης. Στην συνέχεια, παρουσιάζονται οι διάφορες τεχνικές εκτίμησης της κατάστασης φόρτισης (SOC) της μπαταρίας και γίνεται σύγκριση των εκτιμητών μη γραμμικών συστημάτων, όπωςτοExtendedKalmanFilter(EKF)καιτωνφίλτρωνKalmanπουβασίζονταιστα«σημείασίγμα»(sigmapoints), όπωςτο Unscented Kalman Filter (UKF) και το Central Difference Kalman Filter (CDKF), ώστε να επιλεχθεί ο βέλτιστος εκτιμητής για ένα ενσωματωμένο σύστημα ηλεκτρικού οχήματος. Το επόμενο βήμα είναι η δημιουργία ενός εκτιμητή της κατάστασης υγείας (SOH) της μπαταρίας, του οποίου η εγκυρότητα των αποτελεσμάτων βασίζεται στην ακρίβεια των αποτελεσμάτων του εκτιμητή της κατάστασης φόρτισης της μπαταρίας. Είναι, επομένως, απαραίτητη η σύγκριση μεταξύ των διαφόρων εκτιμητών που βασίζονται στη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων (WLS, WTLS, TLS, AWTLS), ώστε να επιλεχθεί η βέλτιστη μέθοδος εκτίμησης του SOH. Τέλος, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα και κάποιες προτεινόμενες μελλοντικές εργασίες που συνδέονται άμεσα με το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής.