adriana traistaru contributii privind estimarea

Click here to load reader

Post on 31-Jul-2015

87 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Contribuii privind estimarea n timp real a strii de ncrcare i a unor parametri caracteristici la bateriile de tip Li-ion utilizate n industria auto Tez destinat obinerii titlului tiinific de doctor inginer la Universitatea Politehnica din Timioara n domeniul Inginerie Electric de ctre Adriana Tristaru Conductor tiinific:Prof.univ.dr.ing. Ioan ora Refereni tiinifici:Prof.univ.dr.ing. Radu Munteanu Prof.univ.dr.ing. Nicolae Golovanov Conf.univ.dr.ing. Alexandru Hede Ziua susinerii tezei: 4 martie 2010 Seriile Teze de doctorat ale UPT sunt: 1. Automatic7. Inginerie Electronic i Telecomunicaii 2. Chimie8. Inginerie Industrial 3. Energetic9. Inginerie Mecanic 4. Ingineria Chimic10. tiina Calculatoarelor 5. Inginerie Civil11. tiina i Ingineria Materialelor 6. Inginerie Electric UniversitateaPolitehnicadinTimioaraainiiatseriiledemaisusnscopul diseminriiexpertizei,cunotinelorirezultatelorcercetrilorntreprinsencadrul colii doctorale a universitii. Seriile conin, potrivit H.B.Ex.S Nr. 14 / 14.07.2006, tezele de doctorat susinute n universitate ncepnd cu 1 octombrie 2006. Copyright Editura Politehnica Timioara, 2006 Aceastpublicaieestesupusprevederilorlegiidreptuluideautor.Multiplicarea acesteipublicaii,nmodintegralsaunparte,traducerea,tiprirea,reutilizarea ilustraiilor, expunerea, radiodifuzarea, reproducerea pe microfilme sau n orice alt formestepermisnumaicurespectareaprevederilorLegiiromneadreptuluide autornvigoareipermisiuneapentruutilizareobinutnscrisdinpartea UniversitiiPolitehnicadinTimioara.Toatenclcrileacestordrepturivorfi penalizate potrivit Legii romne a drepturilor de autor. Romnia, 300159 Timioara, Bd. Republicii 9, tel. 0256 403823, fax. 0256 403221 e-mail: [email protected] Cuvnt nainte Dorescsaducsinceremulumiridomnuluiprof.dr.ing.Ioanora, conductorultiinificaltezeidedoctorat,pentrundrumareaactivitiimele tiinificepentreagaduratastagiuluidedoctorat,pentruncredereaacordat, sprijin, permanente ncurajri i pentru rbdarea de care a dat dovad n tot acest timp. De asemenea, deoarece munca depus n scopul realizrii i finalizrii acestei tezededoctoratafostfcuticusprijinulcompanieiContinentalAutomotive, doresc s mulumesc acelora care m-au sprijinit, direct sau indirect: ing. Alexandru Mihu,dr.ing.DirkNeunzig,ing.MichaelDoericht,ing.DanielAndree,ing.Oliver Bremicker.Deasemeneadorescsmulumesccolegilormeideservicipentru ncurajri i sprijin profesional. Nunultimulrnddorescsmulumescfamilieimelepentruncurajrii pentru linitea pe care am avut-o n timpul elaborrii acestei teze. Timioara, februarie 2010Adriana Tristaru Prinilor mei, Tristaru, Adriana Contibuii privind estimarea n timp real a strii de ncrcare i a unor parametri caracteristici la bateriile de tip Li-ion utilizate n industria auto Teze de doctorat ale UPT, Seria 6, Nr. 18, Editura Politehnica, 2010, 170 pagini, 139 figuri, 15 tabele. ISSN:1842-7022 ISBN (10): 978-606-554-064-4;Cuvinte cheie: baterii Li-ion, algoritm de diagnosticare n timp real, modelare termic, strategii de testare a bateriilor. Rezumat,Tezaabordeazproblematicadiagnosticriintimpreala sistemelordestocareaenergieielectriceutilizatenindustria auto.Pentru aplicaiadefrnelectrics-aualescasistemede rezervpentrustocareaenergieielectricebateriiledetipLi-ion. Avndnvedereimportanaaplicaieipecareacesteao alimenteaz,estenecesarsexisteunalgoritmprecisisigur pentru diagnosticarea n timp real a acestor baterii de rezerv. O altproblemabordatesteaceeaamanagementuluitermical acestortipuridebaterii.CunoscndfaptulctehnologiaLi-ion, carestlabazafuncionriiacestorbaterii,areundomeniude temperatur destul de restrns: sub -200C bateriile nu pot furniza energie electric,iarpeste600Cexistrisculdeteriorriirapide, cuconsecinepotenialpericuloase,dupcumavertizeaz productorul, este necesar gsirea unor soluii pentru aducerea acestor baterii n plaja de valori ale temperaturii care le asigur o funcionare optim fr a le afecta negativ durata de via. CUPRINS INTRODUCERE .......................................................................................... 7 Terminologie............................................................................................. 9 1. Stadiul tehnologic i performanele acumulatoarelor electrice.............. 10 1.1 Evoluia dezvoltrii acumulatoarelor electrice .............................................10 1.2 Variante de acumulatoare electrice...........................................................13 1.3 Compararea performanelor acumulatoarelor electrice .................................19 1.4 Caracteristici de funcionare a bateriilor.....................................................21 1.5 Construcia i funcionarea celulelor de tip Li-ion.........................................26 1.5.1 Construcia unei celule de tip Li-ion........................................................26 1.5.2 Fenomenele chimice din celulele de tip Li-ion...........................................33 1.6 Concluzii ..............................................................................................34 1.7 Bibliografie...........................................................................................34 2. Metode de diagnosticare a bateriilor .................................................... 36 2.1 Utilitatea metodelor de diagnosticare a bateriilor.........................................36 2.2 Istoricul metodelor de diagnosticare a bateriilor..........................................37 2.3 Metode actuale de diagnosticare a bateriilor...............................................41 2.3.1 Metodele de msurare direct...............................................................41 2.3.2 Sisteme de contabilizare a sarcinii .........................................................48 2.3.3 Sisteme adaptive de diagnosticare.........................................................49 2.4 Concluzii ..............................................................................................52 2.5 Bibliografie...........................................................................................52 3. Metode de diagnosticare pentru bateriile de tip Li-ion utilizate n aplicaii din industria auto.................................................................................... 54 3.1 Elemente privind alegerea tipului de baterie...............................................54 3.1.1 Principii de proiectare ale sistemelor de rezerv pentru stocarea energiei electrice pentru alimentarea sistemului de frnare electric al autovehiculelor.........54 3.1.2 Dimensionarea sistemului de rezerv pentru stocarea energiei electrice .......56 3.1.3 Criterii pentru alegerea tipului de baterie ................................................58 3.2 Diagnosticarea n timp real a bateriei Li-ion utilizat ca baterie de rezerv pentru sistemul de frnare electric al autovehiculului ..................................................60 3.2.1 Determinarea strii de ncrcare a bateriei ..............................................61 3.2.2 Determinarea strii de sntate a bateriei ...............................................63 3.2.3 Determinarea strii de funcionare a bateriei ...........................................70 3.3 Implementarea algoritmului de diagnosticare .............................................71 3.3.1 Consideraii preliminare .......................................................................71 3.3.2 Descrierea implementrii funciilor algoritmului de diagnosticare.................75 3.4 Algoritmul de management al bateriilor .....................................................83 3.5 Concluzii ..............................................................................................86 3.6 Bibliografie...........................................................................................87 4 Testarea algoritmului de diagnosticare i validarea experimental a soluiilor propuse.................................................................................... 88 4.1 Schema i programele utilizate n scopul msurrii semnalelor de la baterie ....88 4.2 Estimarea valorii rezistenei interne a bateriei ............................................94 4.2.1 Estimarea valorii rezistenei interne a bateriei cu curent de descrcare corespunztor ciclurilor de frnare .................................................................94 4.2.2 Estimarea valorii rezistenei interne a bateriei cu curent de descrcare constant.................................................................................................. 104 4.3 Estimarea valorii capacitii maxime utile a bateriei ................................... 115 4.4 Concluzii ............................................................................................ 126 5. Cercetri teoretice i experimentale privind comportamentul termic al bateriilor de tip Li-ion ........................................................................... 127 5.1 Introducere ........................................................................................ 127 5.2 Managementul termic al bateriilor de tip Li-ion 26650 n medii cu temperaturi sczute ................................................................................................... 127 5.2.1 Consideraii teoretice......................................................................... 128 5.2.2 Modelarea termic a unei celule de tip Li-ion 26650................................ 132 5.2.3 Validarea experimental a modelului termic........................................... 133 5.3 Autonclzirea bateriilor de tip Li-ion 26650 n timpul proceselor de descrcare141 5.3.1 Estimarea puterii disipate n interiorul bateriei n timpul procesului de descrcare............................................................................................... 141 5.3.2 Validarea experimental a modelului termic al celulei .............................. 147 5.4 Concluzii ............................................................................................ 162 5.5 Bib