Выбор города
Изменить
Москва
Санкт-Петербург
Архангельск
Астрахань
Анадырь
Абакан
Барнаул
Благовещенск
Белгород
Брянск
Биробиджан
Владимир
Волгоград
Вологда
Воронеж
Владикавказ
Владивосток
Великий Новгород
Горно-Алтайск
Грозный
Екатеринбург
Ижевск
Иваново
Иркутск
Йошкар-Ола
Казань
Кызыл
Краснодар
Красноярск
Калининград
Калуга
Кемерово
Киров
Кострома
Курган
Курск
Липецк
Майкоп
Махачкала
Магас
Магадан
Мурманск
Нальчик
Нижний Новгород
Новосибирск
Нарьян-Мар
Набережные челны
Омск
Оренбург
Орёл
Петрозаводск
Петропавловск-Камчатский
Пенза
Псков
Пермь
Ростов-на-Дону
Рязань
Сыктывкар
Симферополь
Саранск
Ставрополь
Самара
Саратов
Смоленск
Салехард
Сочи
Сургут
Тамбов
Тверь
Томск
Тула
Тюмень
Тольятти
Уфа
Улан-Удэ
Ульяновск
Хабаровск
Ханты-Мансийск
Черкесск
Чебоксары
Чита
Челябинск
Элиста
Южно-Сахалинск
Якутск
Ярославль
Барановичи
Бобруйск
Борисов
Брест
Витебск
Гомель
Гродно
Жодино
Кобрин
Лида
Минск
Могилев
Мозырь
Новополоцк
Орша
Пинск
Солигорск
Актау
Алматы
Атырау (Гурьев)
Байконур
Жанаозен
Караганда
Кокшетау
Костанай
Кызылорда
Нур-Султан
Павлодар
Петропавловск
Семей (Семипалатинск)
Талдыкорган
Тараз
Уральск
Усть-Каменогорск
  • Выберите город
  • Доставка и оплата
  • Возврат
  • Производство
  • Помощь
  • Блог
  • Контакты
  • 8 800 555 86 57 Перезвонить мне
  • 8 800 555-86-57 Перезвонить мне
    Перезвоните мне
    Перезвоните мне

    Мы расскажем вам подробно о том, как правильно выбрать аккумулятор, как сохранить уровень зарядки...

    Наши менеджеры проконсультируют по любым интересующим вас вопросам
    Отправляя форму, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c политикой конфиденциальности
Гарантия 12 месяцев Обмен и возврат без проблем Войти
Корзина 0 0 р

Ваша корзина

Нет товаров

Всего 0 р

Оформить заказ

Товар успешно добавлен в корзину
Количество
Всего
В корзине 0 eд. товара В корзине 1 ед. товара
Всего товаров
Продолжить покупки

Математическая модель аккумуляторной батареи в электронике: прогноз, износ

Математическая модель аккумуляторной батареи в электронике

Математические модели для аккумуляторных батарей существуют.


Они позволяют понять и предсказать, как будет вести себя литий-ионная и литий-полимерная электрохимическая система. Моделирование помогает учёным и производителям в устранении неполадок и оптимизации производительности батареи.


Вы прислали уже много вопросов о том, как модели выглядят и используются на практике.


Часть писем даже разместили в журнале «CHIP» [публикация] с нашими комментариями. Попробуем раскрыть тему подробнее с привлечением научных исследований и работ.

Математическая модель аккумуляторной батареи в электронике

Для чего нужны математические модели аккумуляторам?

Математические модели позволяют разрабатывать качественные зарядные устройства и изменять химический состав аккумуляторных батарей.


Последнее относится к улучшению поверхностных материалов и совершенствованию электролита за счёт присадок (химических добавок). Инженеры так оптимизируют графики зарядки и разрядки, максимально продлевают срок службы элементов и добиваются как можно большей ёмкости.


С помощью моделирования учёные понимают, какой результат получится через 500 или 1000 циклов заряд-разряд.


Математическая модель аккумуляторной батареи в электронике

На чём основаны?

Основная задача — перенести в системы одновременных уравнений электрохимические факторы работы аккумулятора. То есть исследовать реальные физические и химические процессы, чтобы просчитать степень деградации ёмкости при использовании.


Батарея условно делится на ячейки, где для каждой из них моделируются:

  • • напряжение;
  • • глубина разряда;
  • • мощность;
  • • температура;
  • • внутреннее сопротивление;
  • • ионная проводимость и так далее.

Математическая модель аккумуляторной батареи в электронике

Какие математические модели аккумуляторов существуют?

Существует множество математических моделей литий-ионных аккумуляторов. Каждая со своими преимуществами и недостатками.


Уравнение Батлера-Фольмера

Одной из них является уравнение Батлера-Фольмера [PDF]. В нём учитывают как фарадеевские, так и нефарадеевские реакции в батарее.


Эту модель можно использовать для прогнозирования производительности батареи с течением времени. Производители применяет её и для оптимизации протоколов зарядки и разрядки.


У неё есть и недостатки. Например, не учитываются температурные эффекты и деградация химии со временем (старение).


Модель Томаса-Ферми (ETFM)

Более сложным примером является расширенная модель Томаса-Ферми (ETFM, подробности в HAL open science). В ней уже идут в учёт температурные эффекты наряду с нефарадеевскими реакциями.


Было показано, что ETFM точно прогнозирует профиль напряжения литий-ионного элемента на протяжении всего срока его службы. То есть это ценный инструмент для инженеров-проектировщиков аккумуляторов.


Но есть и недостатки. ETFM требует больших вычислительных ресурсов. У производителя должны быть подробные знания об используемых электродных материалах для правильной параметризации.


Модели, полученные при машинном обучении

В настоящий момент это наиболее современные и актуальные модели с применением машинного обучения. Они разработаны и активно используются в исследованиях:


  • • Стэнфорда,
  • • Массачусетского технологического института (MIT),
  • • Исследовательского института Toyota (TRI),
  • • Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (LBNL),
  • • Национальной лаборатории ускорителей (SLAC NAL).

Одна из наиболее свежих работ [посмотреть в Nature] относится к улучшению зарядных устройств для электромобилей и портативной электроники. Модель позволяет учёным с применением вычислительных ресурсов и нейросетей [подробности кода] быстро тестировать сотни и даже тысячи протоколов зарядки одновременно для получения самого эффективного протокола, с которым срок службы батареи будет максимальным.


Математическая модель аккумуляторной батареи в электронике

Где применяются?

Математические модели аккумуляторов (литий-ионных и литий-полимерных) используются:


  • • в академических исследованиях,
  • • в разработке коммерческих продуктов.

В академических исследованиях помогают учёным понять, как работает перезаряжаемый элемент питания в различных условиях. Уравнения и системные алгоритмы — это инструмент обнаружения в лабораториях, что конкретно влияет на характеристики.


Разработчики продуктов используют математические модели для оптимизации производительности батареи. С помощью формул и прогнозов они снижают затраты на материалы и узнают о скорости деградации в мороз, жару, при нагрузках или зарядке плохим зарядником, например.


Результат моделирования имеет решающее значение в таких отраслях, как электромобили и портативная электроника.


Частично оптимизированные моделью алгоритмы применяются в интеллектуальных системах контроля батареи (BMS). В электромобилях или даже ноутбуках без таких устройств срок службы батареи сократился бы до 2-3 лет.


Математическая модель аккумуляторной батареи в электронике

Однако это не значит, что в смартфонах, где штатно батареи служат те же 2-3 года, плохое управление. Их недостаток — чрезмерная компактность. Что также сказывается на эксплуатационных сроках, и это непременно моделируется в математических алгоритмах производителями.


Математическая модель аккумуляторной батареи в электронике

***

У существования математической модели литий-ионных батарей для конечного пользователя есть ощутимая польза. Она заключается в том, что формулы и алгоритмы помогают производителям сделать работу электроники как можно более эффективной и безопасной.


Сейчас мы с вами получаем максимальную отдачу от существующей литий-ионной технологии, в которой любые известные учёным проблемы устраняются автоматически на уровне контроллера.


Кроме того, моделирование аккумуляторов используется для разработки лучших литий-ионных ячеек. Когда-нибудь они станут доступны конечному пользователю.


Для самостоятельного изучения материала на русском языке рекомендуем подробную публикацию [перейти] о моделировании литий-ионных аккумуляторов под авторством Борисевича Алексея Валерьевича — доцента кафедры «Автоматы», кандидата технических наук Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Автор рекомендует в работе придерживаться эмпирической модели, в которой учитывается старение химии и температура.


Логотип компании «Неовольт»

Напишите в комментарии, какие ещё интересные научные работы об оптимизации литий-ионной технологии вы знаете. Также сообщите вопросы об аккумуляторах, которые интересно было бы рассмотреть с точки зрения учёных. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.


Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» — заходите посмотреть.



Оставить комментарий

Комментарий: *
Имя: *
E-mail: * (Не публикуется)
Вебсайт: (url сайта сhttps://)
Обязательные поля помечены *