Litiumioniakuston matalat lämpötilat huomioiva impedanssimalli
Holm, Toni (2014)
2014
Sähkötekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-03-05
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201403051109
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201403051109
Tiivistelmä
Työssä on tutkittu litiumioniakuston impedanssimallintamista taajuuden, varaustilan ja lämpötilan funktiona. Pääpainona on ollut kuitenkin lämpötilan vaikutus akuston impedanssikäyttäytymiseen. Yleensä mallintaminen tehdään yhdelle kennolle eikä koko akustolle, kuten tässä työssä. Koko akuston mallintamisesta ei löydy kovinkaan tutkimuksia, joten tässä työssä on selvitetty, kuinka hyvin samat yhdelle kennolle tehdyt impedanssimallinnuksen metodit soveltuvat koko akustolle.
Mallintamisen kannalta ongelmana on akun epäideaalisuus, epälineaarisuus ja aikamuuttuvuus, jolloin akkua ei voida mallintaa järjestelmässä vain yksinkertaisesti ideaalilähteenä ja sarjaresistanssina. Akun impedanssikäyttäytyminen tulee karakterisoida eri toimintapisteissä, jotta voidaan muodostaa impedanssispektri taajuuden funktiona. Mittaukset tulee suorittaa eri lämpötiloissa ja varaustiloissa, jotta simulointimalliin tarvittavat parametrit voidaan löytää. Tieto akun impedanssikäyttäytymisestä on tärkeä, jotta sen sovitus muuhun järjestelmään voidaan toteuttaa mahdollisimman hyvin.
Työssä muodostettiin ekvivalenttipiirimalli litium-rautafosfaattiakustolle, jonka komponenttiparametrit haettiin mittaamalla akuston impedanssia sekä eri varaustiloissa, että lämpötiloissa. Ekvivalenttipiirimalli esitettiin simulointimallina Simulink-ohjelman avulla. Simulointimallin tuloksia verrattiin akustosta mitattuihin arvoihin, joiden välillä ei ollut suurta eroa. Työssä todettiin, että impedanssimittaukset ja simulointimallin luonti onnistuu kokonaiselle akustolle, mikä on tärkeä tieto akuston sovelluskehittäjille. Impedanssimittauksien suoritus ei myöskään vaadi erittäin suurta mittaustarkkuutta, sillä akuston suuri jännite sallii enemmän häiriötä. Toisin sanoen mittauslaitteisto ei välttämättä tarvitse olla tarkoitukseen suunniteltu erittäin kallis impedanssi-spektroskopialaite, kuten yhden kennon mittauksissa.
Tämä työ oli osa Tekesin rahoittamaa valtakunnallista sähköajoneuvojen EVELINA-testiympäristöä.
Mallintamisen kannalta ongelmana on akun epäideaalisuus, epälineaarisuus ja aikamuuttuvuus, jolloin akkua ei voida mallintaa järjestelmässä vain yksinkertaisesti ideaalilähteenä ja sarjaresistanssina. Akun impedanssikäyttäytyminen tulee karakterisoida eri toimintapisteissä, jotta voidaan muodostaa impedanssispektri taajuuden funktiona. Mittaukset tulee suorittaa eri lämpötiloissa ja varaustiloissa, jotta simulointimalliin tarvittavat parametrit voidaan löytää. Tieto akun impedanssikäyttäytymisestä on tärkeä, jotta sen sovitus muuhun järjestelmään voidaan toteuttaa mahdollisimman hyvin.
Työssä muodostettiin ekvivalenttipiirimalli litium-rautafosfaattiakustolle, jonka komponenttiparametrit haettiin mittaamalla akuston impedanssia sekä eri varaustiloissa, että lämpötiloissa. Ekvivalenttipiirimalli esitettiin simulointimallina Simulink-ohjelman avulla. Simulointimallin tuloksia verrattiin akustosta mitattuihin arvoihin, joiden välillä ei ollut suurta eroa. Työssä todettiin, että impedanssimittaukset ja simulointimallin luonti onnistuu kokonaiselle akustolle, mikä on tärkeä tieto akuston sovelluskehittäjille. Impedanssimittauksien suoritus ei myöskään vaadi erittäin suurta mittaustarkkuutta, sillä akuston suuri jännite sallii enemmän häiriötä. Toisin sanoen mittauslaitteisto ei välttämättä tarvitse olla tarkoitukseen suunniteltu erittäin kallis impedanssi-spektroskopialaite, kuten yhden kennon mittauksissa.
Tämä työ oli osa Tekesin rahoittamaa valtakunnallista sähköajoneuvojen EVELINA-testiympäristöä.