TRANG THÔNG TIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Tên đề tài luận án: Ước lượng và điều khiển tối ưu trạng thái pin Lithium-Ion ứng dụng cho hệ thống BMS.

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Mã số: 9 52 02 16

Khóa đào tạo: 2018 - 2021

Họ và tên NCS: Nguyễn Vĩnh Thụy

Họ và tên người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Chí

Đơn vị đào tạo: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

Cơ sở đào tạo: Đại học Thái Nguyên

NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN

Luận án đã có những đóng góp mới sau:

1. Xây dựng được mô hình toán học bậc hai của cell pin Lithium-Ion (LiB) và gói pin Lithium-Ion (LiBP) trong điều kiện có xét đến ảnh hưởng của trễ điện áp trong quá trình nạp/xả, nhiệt độ làm việc và trôi điểm không dòng điện. Mô hình toán phản ánh chính xác động học của LiB trong chế độ nạp/xả liên tục, các thông số trong mô hình LiBP được xác định đầy đủ thông qua dữ liệu thực nghiệm.

2. Thiết kế được bộ lọc SPKF để ước lượng trạng thái SoC cho từng cell LiB dựa trên mô hình toán đã xây dựng. Đề xuất phương pháp ước lượng SoC của LiBP bằng cách sử dụng 02 bộ lọc SPKF.

3. Thiết kế được cấu trúc mạch cân bằng cải tiến cho LiBP dựa trên bộ biến đổi Cuk hai chiều và thành lập bài toán điều khiển tối ưu quá trình cân bằng cell tích cực thỏa mãn các yêu cầu ràng buộc về quá trình vận hành. Sử dụng phương pháp SQP để giải bài toán điều khiển tối ưu phi tuyến cân bằng cell cho LiBP và đề xuất công thức điều chỉnh thích nghi điểm khởi phát.

4. Xây dựng thành công hệ thống thí nghiệm ước lượng SoC và cân bằng cell cho LiBP, trên hệ thống này có thể thực hiện được các thí nghiệm để minh chứng cho các kết quả nghiên cứu lý thuyết của luận án. Hệ thống thí nghiệm đã xây dựng không chỉ phục vụ cho luận án mà còn sử dụng được cho những nghiên cứu tiếp theo về hệ thống quản lý pin.

CÁC ỨNG DỤNG, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN VÀ

NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU

* Các ứng dụng và khả năng ứng dụng trong thực tiễn:

   Kết quả nghiên cứu của luận án có thể áp dụng cho các hệ thống điều khiển và quản lý LiBP trong những ứng dụng công suất lớn như các hệ thống lưu trữ điện năng cho lĩnh vực năng lượng tái tạo, hệ thống pin trong xe điện và xe điện lai v.v.

* Những vấn đề bỏ ngỏ cần tiếp tục nghiên cứu:

- Tiếp tục nghiên cứu các thuật toán điều khiển phi tuyến cho bài toán ước lượng SoC khi xét đến hiện tượng già hóa và nhiệt của pin trên cơ sở mô hình toán học đã đề xuất. Cải thiện thời gian cân bằng cell cũng như giảm khối lượng tính toán.

- Cài đặt mã nguồn của chương trình ước lượng SoC và điều khiển cân bằng cell vào vi xử lý thương mại. Hoàn thiện việc thiết kế phần cứng và phần mềm theo kiến trúc HIL (hardware in the loop) để triển khai ứng dụng vào hệ thống quản lý pin cho xe điện.

INFORMATION OF DOCTORAL DISSERTATION

Dissertation title:  State of Charge Estimation and Cell equalizing Optimal Control of Lithium-Ion battery applied for battery management system.

Speciality: Control Engineering and Automation

Code: 9 52 02 16

Training course: 2018 - 2021

PhD candidate:  Nguyen Vinh Thuy 

Scientific supervisor: Assoc. Prof. Dr. Nguyen Van Chi

Training institution: Thai Nguyen University of Technology

NEW SCIENTIFIC RESULTS OF THE DISSERTATION 

This dissertation exposes SoC estimation and cell equalization issues related to Lithium-Ion battery applied to battery management system. The principal contributions of this thesis are:

1. Proposing the cell’s second-order mathematical model of LiB under conditions considering the influence of voltage hysteresis in the charging/discharging process, working temperature and bias-zero current of cell. Proposed model reflects accurately the dynamics of LiB for operating with the LiB model parameters are determined by practical data.

2.  Applying the SPKF to estimate the SoC for LiB cell based on the cell’s second-order mathematical model. The SoC estimation method for LiBP using only two SPKFs is proposed.

3.  Designing the modified structure of the active cell balance circuit based on bidirectional CuK converter, the active cell equalizing nonlinear optimal control problem is formed subject to constraints of the normal SoC operating range, the equalizing current, and current of cells in the practical operation. Using the SQP solver, the optimal duties applied to equalizing circuit are derermined in each sampling period. An fomulation for the selection of the initial points for the optimal problem-solving process is proposed.

4.  Successfully setting up the SoC estimation and cell equalization experimental system for LiBP, on which experimentations can be performed to demonstrate the theoretical research results of the thesis. The experimental system is built not only for the thesis but also for further studies on battery management system.

APPLICATIONS, PRACTICAL APPLICABILITY AND THE NEEDS FOR FURTHER RESEARCHS

* Applications and applicablity in practice:

The research results of the thesis can be applied to Lithium -Ion battery management systems in large capacity applications such as energy storage systems for renewable energy, for battery system in electric and hybrid electric vehicles, etc.

* Issues that need further studies:

- Study further on nonlinear algorithms for LiBP SoC estimation taking into account battery aging phenomenon. Reducing cell equalizing time as well as the computational burden also are the our works in the future.

- Install source code of SoC estimation and cell equalizing control algorithms into  commercial microprocessor.

- Perform hardware and software design to HIL (hardware in the loop) architecture to deploy for battery management system for electric vehicles.

Nguồn: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên