Araştırma, lityum-iyon батареялардын sağlık durumunu (State of Health, SoH) лаборатория tipi кең тилкелүү электрохимиялык импеданс spektroskopisine ihtiyaç duymadan, çevrimiçi EIS donanımının 10 kHz–1 Hz менен чектелген жыштык penceresinden баалоо etmek үчүн төмөн эсептөө karmaşıklığına sahip бир yöntem geliştiriyor. Yöntem Nyquist импеданс eğrisinden үч karakteristik чекит çıkarıyor: омдук чекит A, импеданс yayınının чоку чекити B жана төмөн frekanslı өтүү чекити C. Бул үч чекит бир “импеданс үч бурчтугу” oluşturuyor. Araştırmacılar өзгөчө чоку frekansı f_peak менен A жана C arasındaki geometrik uzaklık d_AC'nin батарея yaşlanmasının ар башка bölümlerinde tamamlayıcı bilgi taşıdığını gösteriyor жана эки göstergeden üretilen SoH tahminlerini Recursive Health Indicator Fusion (RHF) yöntemiyle бириктирет.

Ыкма карылыгынын тарыхы ар түрдүү болгон 21 коммерциялык NMC811 18650 клеткасына клетка деңгээлиндеги leave-one-out текшерүүсү менен сыналган. Талдоо үч шартты камтыйт: ызы-чуусуз импеданс маалыматтары, чыныгы жана элестүү импеданс компоненттерине колдонулган 1% пропорционалдык Gaussian ызы-чуусу жана Analog Devices CN0510 онлайн EIS системасынан өлчөнгөн жыштыкка көз каранды ката профили. 20–80% SoC аралыгындагы дал келген калибрлөө жана тест шарттарында RHFнин медианалык SoH RMSE мааниси Gaussian ызы-чуусунда 1,05%, OEIS ката профилинде 0,97% болгон. Калибрлөө жана тест SoC маанилери айырмаланган учурда да, экөө тең 20–65% аралыгында калса, медианалык RMSE 2%дан төмөн бойдон калат.

Çalışmanın en маанилүү mühendislik sonucu гана doğruluk эмес. Model tabanlı эталон ыкма болгон yük transfer direncinin R_ct çıkarılması, relaxation time distribution analizi жана эквиваленттик схема parametre tanımlaması gerektirirken импеданс үч бурчтугу түздөн-түз birkaç karakteristik noktanın konumundan hesaplanabilmektedir. Булакта MATLAB үстүндө өлчөнгөн işlem süresi RHF үчүн spektrum başına 0,096 ms, R_ct yöntemi үчүн 185 ms'dir. Bununla birlikte бул эсептөө avantajı henüz чыныгы бир BMS mikrodenetleyicisinde doğrulanmamıştır; EIS ölçümleri de картаюу маалымат setinde sabit 23 °C'de gerçekleştirildiğinden yöntem değişken изилдөө sıcaklığına же başka батарея kimyalarına түздөн-түз genellenemez.

Батареянын ден соолук абалын түз өлчөө эмне үчүн кыйын?

Batarya yönetim sistemi voltaj, akım жана yüzey температурасы сыяктуу өзгөрмөлөрү түздөн-түз ölçebilir; бирок ден соолук абалы bunlardan biri эмес. SoH, hücrenin başlangıç durumuna kıyasla эмне чейин kapasite же performans kaybettiğini ifade eden türetilmiş бир göstergedir.

Бул изилдөөдө эталон SoH түздөн-түз kapasite üzerinden tanımlanmıştır:

\[ SoH_k= \frac{Q_{\mathrm{dis},k}} {Q_{\mathrm{dis},0}} \times100\% \]

Burada \(Q_{\mathrm{dis},k}\), k'ıncı kontrol çevriminde өлчөнгөн deşarj kapasitesi; \(Q_{\mathrm{dis},0}\) болсо ошол эле hücrenin yaşam başlangıcındaki karşılık gelen kapasitesidir.

Kapasite tabanlı SoH ölçümü güvenilir бир эталон sağlayabilir; бирок pratik бир araç же энергия depolama sistemi hücresini sürekli катары kontrollü жана tam бир kapasite testine sokmak mümkün olmayabilir. Çalışmanın hedefi ошондуктан hücrenin kısa süreli импеданс ölçümünden kapasite tabanlı SoH değerini баалоо etmektir.

EIS батареянын эскириши жөнүндө кандай маалымат берет?

Elektrokimyasal импеданс spektroskopisi (Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS), hücreye ар башка frekanslarda küçük AC uyarımlar uygulayarak gerilim–akım cevabından karmaşık empedansı hesaplar:

\[ Z(f)=Z_{\mathrm{re}}(f)+jZ_{\mathrm{im}}(f) \]

Gerçek жана sanal импеданс bileşenleri Nyquist düzleminde çizildiğinde bataryanın омдук direnci, arayüz kinetiği, SEI tabakası, yük transferi жана көбүрөөк yavaş kütle aktarımı süreçlerinin bileşik таасири görülebilir.

Laboratuvar EIS системаларын çok кеңири жыштык aralıklarında өлчөө yapabilir. Çevrimiçi EIS үчүн sorun, төмөн frekanslarda her өлчөө çevriminin uzun sürmesidir. Örneğin 0,01 Hz'de гана tek бир tam sinyal periyodu 100 saniye gerektirir. Бул nedenle чыныгы zamanlı же araç üstü uygulamalarda çok төмөн frekansların kullanılması zorlaşır.

Çalışma бул sorunu açıkça sınırlandırarak sağlık göstergelerinin гана:

10 kHz – 1 Hz

жыштык aralığından çıkarılmasını şart koşmaktadır. Бул чек, araştırmada kullanılan Analog Devices CN0510 çevrimiçi EIS donanımının kullanılabilir жыштык penceresine karşılık gelmektedir.

Импеданс үч бурчтугунун үч чекити кантип табылат?

Yöntemin борборунда Nyquist spektrumundan чыгарылган A, B жана C noktaları vardır.

1. Омдук чекит A

Önce импеданстын sanal bileşeninin sıfırı kestiği жыштык табылат:

\[ Z_{\mathrm{im}}(f_{\mathrm{ohmic}})=0 \]

Ölçülen эки komşu frekanstaki sanal импеданс işaret değiştiriyorsa sıfır kesişimi doğrusal interpolasyonla эсептелет. A чекити:

\[ A= \left( Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{ohmic}}),0 \right) \]

катары tanımlanır. Бул чекит spektrumun жогорку жыштык tarafındaki омдук чегин билдирет.

2. Чокусу B

1 Hz менен f_ohmic арасында negatif sanal импеданстын maksimum экендиги өлчөө frekansı:

\[ f_{\mathrm{peak}} = \operatorname*{arg\,max}_{f\in[1\,Hz,f_{\mathrm{ohmic}})} [-Z_{\mathrm{im}}(f)] \]

катары seçilir.

B чекити:

\[ B= \left( Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{peak}}), -Z_{\mathrm{im}}(f_{\mathrm{peak}}) \right) \]

şeklindedir. f_peak, dominant orta frekanslı импеданс yayınının karakteristik zaman ölçeğine болжол менен катары karşılık gelir. Çalışma bunu tek tek SEI же yük-transfer sürecine түздөн-түз eşitlemez; üst üste binen электрохимиялык süreçlerin bileşik karakteristik frekansı катары kullanır.

3. Өтүү чекити C

1 Hz менен f_peak арасында sanal импеданстын mutlak değerinin minimum экендиги өлчөө чекити:

\[ f_{\mathrm{trans}} = \operatorname*{arg\,min}_{f\in[1\,Hz,f_{\mathrm{peak}})} |Z_{\mathrm{im}}(f)| \]

катары tanımlanır.

C чекити:

\[ C= \left( Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{trans}}), -Z_{\mathrm{im}}(f_{\mathrm{trans}}) \right) \]

biçimindedir.

Fiziksel катары tutarlı бир üçgenin kabul edilmesi үчүн:

\[ f_{\mathrm{ohmic}}>f_{\mathrm{peak}}>f_{\mathrm{trans}} \]

жана:

\[ Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{ohmic}}) < Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{peak}}) < Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{trans}}) \]

koşulları aranır. Бул koşulları sağlamayan же karakteristik frekanslarından biri çıkarılamayan spektrumlar sonraki analizden dışlanır.

Импеданс үч бурчтугунан кандай геометриялык көрсөткүчтөр алынат?

A, B жана C noktaları arasındaki Öklid uzaklıkları үч aday ден соолук көрсөткүчү oluşturur.

Ohmik noktadan чоку noktasına uzaklık:

\[ d_{AB} = \sqrt{ [Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{peak}}) - Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{ohmic}})]^2 + [Z_{\mathrm{im}}(f_{\mathrm{peak}})]^2 } \]

Tepe noktasından өтүү noktasına uzaklık:

\[ d_{BC} = \sqrt{ [Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{trans}}) - Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{peak}})]^2 + [Z_{\mathrm{im}}(f_{\mathrm{peak}}) - Z_{\mathrm{im}}(f_{\mathrm{trans}})]^2 } \]

Ohmik noktadan өтүү noktasına uzaklık:

\[ d_{AC} = \sqrt{ [Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{trans}}) - Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{ohmic}})]^2 + [Z_{\mathrm{im}}(f_{\mathrm{trans}})]^2 } \]

Batarya yaşlandıkça Nyquist spektrumu genel катары чыныгы импеданс ekseni боюнча genişlediği үчүн өзгөчө d_AC жана d_AB büyümektedir.

1 Hz чеги эмне үчүн өзгөчө C чекити үчүн маанилүү?

Gerçek электрохимиялык өтүү 1 Hz'in altına kaydığında çevrimiçi donanım artık бул geçişi ölçemez. Böyle бир durumda f_trans alt жыштык sınırına takılır.

Бул nedenle d_AC жана d_BC her zaman чыныгы fiziksel өтүү noktasına чейин болгон geometrik mesafeyi temsil etmez; bazı yaşlı hücrelerde гана erişilebilir 1 Hz–f_ohmic penceresi içerisindeki импеданс genişliğini билдирет.

Бул ayrım изилдөөнүн uygulama odaklı yaklaşımının маанилүү parçasıdır: yöntem ideal лаборатория spektrumuna ылайык эмес, çevrimiçi donanımın чындап görebildiği bölgeye ылайык tanımlanmıştır.

Моделге негизделген Rct эмне үчүн эталон катары колдонулган?

Çalışma импеданс üçgeninin төмөн karmaşıklıklı yaklaşımını, көбүрөөк fiziksel yorumlanabilir fakat эсептөө жагынан ağır бир referansla karşılaştırmaktadır: yük transfer direnci R_ct.

R_ct'yi çıkarmak үчүн мурун Distribution of Relaxation Times (DRT) analizi колдонулат. İlk эки DRT tepesi, zaman sabitleri \(\tau_1<\tau_2\) olacak түрдө SEI жана yük transferiyle ilişkili süreçlere atanır.

Daha кийин şu экинчи dereceden RC эквиваленттик схема modeli колдонулат:

\[ Z_{\mathrm{ECM}}(\omega) = R_{\mathrm{ohmic}} + \frac{R_{\mathrm{SEI}}} {1+j\omega\tau_1} + \frac{R_{\mathrm{ct}}} {1+j\omega\tau_2} \]

Zaman sabitleri sabitlenerek R_ohmic, R_SEI жана R_ct Varied Parameters Approach менен tanımlanır.

Бул ыкма fiziksel yorum sağlayabilmektedir fakat DRT жана parametre uyarlaması iteratif сандык işlemler gerektirir. Empedans үч бурчтугу болсо модель fit işlemi yapmadan түздөн-түз spektrum geometrisini kullanmaktadır.

nSoH көрсөткүчү кантип ыңгайлаштырылган?

İkinci karşılaştırma yöntemi normalize импеданс oranıdır. Çalışma, literatürde sabit эки frekansta tanımlanan nSoH yaklaşımını kendi karakteristik frekanslarına uyarlamaktadır:

\[ nSoH= \frac{ Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{ohmic}}) }{ Z_{\mathrm{re}}(f_{\mathrm{trans}}) } \]

Ancak f_trans чыныгы өтүү frekansı 1 Hz'in altına indiğinde өлчөө sınırında kaldığı үчүн бул oran artık чыныгы өтүү чекити yerine 1 Hz'deki чыныгы импеданс bileşenini kullanmaktadır. Çalışmanın sonuçlarında nSoH'nin diğer göstergelere ылайык көбүрөөк кеңири ката dağılımına sahip olmasının nedenlerinden biri катары бул sınırlama tartışılmaktadır.

Ден соолук көрсөткүчү SoHго кантип айландырылат?

Her SoC seviyesinde клетка düzeyinde leave-one-out текшерүү yapılmaktadır. Бир клетка test үчүн ayrılır жана kalan hücrelerde ден соолук көрсөткүчү менен эталон SoH arasına экинчи dereceden бир polinom uydurulur:

\[ HI= a_2SoH^2+a_1SoH+a_0 \]

Test hücresinin өлчөнгөн HI değeri үчүн бул fonksiyon monoton SoH aralığında сандык катары terslenir:

\[ \widehat{SoH}_k=g(HI_k) \]

Böylece ошол эле yöntem f_peak, d_AB, d_AC, nSoH жана R_ct үчүн өзүнчө өзүнчө uygulanır.

d_BC, клеткалар жана SoC seviyeleri боюнча yeterince tutarlı monoton SoH ilişkisi göstermediği үчүн баалоо analizinden çıkarılmıştır.

RHF эмне үчүн эки башка көрсөткүчтү бириктирет?

f_peak жана d_AC ошол эле импеданс eğrisinden türetilmelerine rağmen ар башка bilgileri taşımaktadır.

f_peak, baskın импеданс sürecinin жыштык eksenindeki kaymasını izler. Batarya yaşlandıkça genel катары көбүрөөк төмөн frekanslara doğru hareket eder; бирок төмөн SoH bölgesinde düzleşmeye başlar.

d_AC болсо spektrumun омдук noktadan төмөн frekanslı bölgeye чейин geometrik genişlemesini ölçer. SoH düştükçe genellikle büyür fakat жогорку SoH, yani erken картаюу bölgesinde көбүрөөк az hassas болушу мүмкүн.

Бир göstergenin zayıfladığı bölgede diğerinin ek bilgi taşıması, füzyonun негизги gerekçesidir.

Рекурсивдүү ден соолук көрсөткүчтөрүнүн биригүүсү кантип иштейт?

Önce эки өзүнчө SoH бааланган oluşturulur:

\[ \widehat{SoH}_{f,k} = g_f(f_{\mathrm{peak},k}) \]

\[ \widehat{SoH}_{d,k} = g_d(d_{AC,k}) \]

Daha кийин:

\[ \widehat{SoH}_k = \alpha\widehat{SoH}_{k-1} + (1-\alpha)\widehat{SoH}_{f,k} + \beta \left( \widehat{SoH}_{d,k} - \widehat{SoH}_{f,k} \right) \]

formülü uygulanır.

\(\alpha\), önceki çevrimin tahminini kullanarak zaman боюнча yumuşatma yapar. \(\beta\) болсо d_AC tabanlı баалоо менен f_peak tabanlı баалоо arasındaki farkın düzeltme ağırlığıdır.

İlk çevrimde önceki SoH değeri bulunmadığı үчүн başlangıç:

\[ \widehat{SoH}_0 = \widehat{SoH}_{f,1} \]

mantığıyla yapılmaktadır.

α жана β маанилери тесттик элементке карап жөндөлөбү?

Hayır. Çalışma маалымат sızıntısını azaltmak үчүн nested leave-one-out yapısı kullanmıştır. Dış katmanda бир клетка test үчүн tamamen tutulur; \(\alpha\) жана \(\beta\) гана kalan клеткалар үстүндө iç LOO менен seçilir.

İki parametre de 0,01 adımla grid search колдонуу менен taranır.

OEIS koşulunda β'nın көбүрөөк жогорку olması, frekansa bağlı өлчөө hatası астында d_AC düzeltmesine көбүрөөк fazla ağırlık verildiğini көрсөтөт.

OEIS ызы-чуусу лабораторияда кантип өлчөнгөн?

PDF'nin 11. sayfasındaki Сүрөт 2, бул изилдөөнүн маанилүү deneysel bölümünü көрсөтөт. Referans өлчөө үчүн Solartron ModuLab XM ECS, çevrimiçi donanım үчүн Analog Devices CN0510 колдонулган.

Test hücresi ticari Sony US18650VTC5A 18650 hücresidir. Hücre:

• 25 °C'de en az 5 saat koşullandırılmış,
• 2,24 Ah kapasite ölçülmüş,
• болжол менен 4,2 V'a şarj edilmiş,
• EIS öncesinde 1 saat dinlendirilmiştir.

Solartron GEIS ölçümü 150 mA AC akım genliğiyle, CN0510 болсо болжол менен 120 mA менен иштетилген. İki өлчөө арасында 15 dakika dinlenme uygulanmıştır.

Her эки sistemin жыштык gridleri ар башка болгондуктан Solartron эталон маалыматтарды CN0510 өлчөө frekanslarına interpolate edilmiş жана эки spektrum arasındaki жыштык-bağımlı fark OEIS ката profili катары alınmıştır.

Өлчөнгөн OEIS катасынын чоңдугу кандай?

Gerçek импеданс bileşeninin göreli hatası бардык өлчөнгөн жыштык aralığında %3,4'ün астында kalmıştır.

Sanal bileşen çok көбүрөөк күчтүү жыштык bağımlılığı göstermiştir:

• 1 Hz'de болжол менен -%19,
• 1,3–228 Hz арасында болжол менен ±%6 sınırları ичинде,
• 940 Hz civarında болжол менен -%57.

Булак жогорку frekanstaki чоң айырмасы kısmen parazitik endüktans жана bağlantı direnci сыяктуу өлчөө düzeni etkileriyle; 1 Hz yakınındaki жогорку айырмасы болсо чектелген sayıda uyarım periyoduyla ilişkilendirmektedir.

“OEIS noise” чындап эле кокустук ызы-чуубу?

Бул изилдөөдө hayır. Ölçülen CN0510–Solartron göreli айырмасы frekansa ылайык deterministik бир profil катары картаюу маалымат setindeki бардык spektrumlara uygulanmıştır:

\[ \widetilde{Z}^{OEIS}_{re}(f) = Z_{re}(f)[1+\varepsilon_{re}(f)] \]

\[ \widetilde{Z}^{OEIS}_{im}(f) = Z_{im}(f)[1+\varepsilon_{im}(f)] \]

Бул nedenle “OEIS noise” terimi чыныгы saha donanımındaki бардык rastgele, sıcaklığa bağlı же cihazdan cihaza değişken ката dağılımını temsil etmez. Çalışma tek бир өлчөө düzeninden elde edilen жыштык-bağımlı sistematik bozulmanın баалоо yöntemine etkisini test etmektedir.

Гаусстук ызы-чуу кантип аныкталган?

Karşılaştırma amacıyla чыныгы жана sanal bileşenlere bağımsız түрдө %1 oransal Gaussian ызы-чуу eklenmiştir:

\[ \widetilde{Z}^{G}_{re}(f) = Z_{re}(f) + 0.01|Z_{re}(f)|\xi_{re}(f) \]

\[ \widetilde{Z}^{G}_{im}(f) = Z_{im}(f) + 0.01|Z_{im}(f)|\xi_{im}(f) \]

Her клетка үчүн sabit бир rastgele tohum kullanıldığı үчүн analizde ошол эле клетка her çalıştırmada ошол эле ызы-чуу örneğini almaktadır.

Картаюу маалыматтар топтому кантип түзүлгөн?

Kullanılan açık маалымат setinin tamamı 34 ticari NMC811 18650 hücreden oluşmaktadır. Hücrelerin nominal kapasitesi 3 Ah'dir. Hücreler 4 A sabit akımla ар башка sıcaklıklar жана SoC pencerelerinde çevrimlenmiştir.

Periyodik kontrol testleri 23 °C'de gerçekleştirilmiştir. Kapasite 1,25 A deşarjla ölçülmüş; клеткалар hedef SoC seviyelerine getirildikten кийин en az 30 dakika dinlendirilmiş жана EIS ölçümü 0,5 A AC genliğiyle 10 kHz–0,01 Hz aralığında yapılmıştır.

Önerilen yöntem бул кеңири EIS verisinin гана 10 kHz–1 Hz bölümünü kullanmaktadır.

Toplam 21 клетка analiz edilmiştir. Булак маалымат setindeki %25 SoC ölçümleri маалымат yetersizliği nedeniyle kullanılmamıştır. Başlangıçta %20, %35, %50, %65, %80 жана %100 SoC seviyeleri değerlendirilmiştir.

Мүнөздүү чекиттер ызы-чуу шартында алынганбы?

Evet; fakat гана belirli SoC aralığında son derece güvenilir түрдө.

PDF'nin 15. sayfasındaki Сүрөт 4, клетка 113'ün %50 SoC'deki Nyquist eğrilerinde A, B жана C noktalarının SoH düştükçe кантип hareket ettiğini көрсөтөт. Gürültüsüz, Gaussian жана OEIS koşullarının üçünde de yaşlanmayla birlikte spektrum genişlemekte жана көбүрөөк жогорку чыныгы импеданс değerlerine kaymaktadır.

%20–80 SoC aralığında бардык 21 клетка үчүн karakteristik чекит çıkarma başarı катышы үч өлчөө koşulunun tamamında %99'un üzerindedir.

%100 SoC'de болсо başarı катыштары:

Başarısızlığın негизги nedeni yaşlanmış bazı spektrumlarda f_peak'in 1 Hz alt sınırına ulaşması жана bundan көбүрөөк төмөн бир f_trans bulunamamasıdır.

OEIS koşulundaki көбүрөөк жогорку başarı, gürültünün fiziksel ölçümü iyileştirdiği anlamına gelmez. Kaynağa ылайык frekansa bağlı ката, 1 Hz'deki sanal импеданс büyüklüğünü komşu frekanslara kıyasla көбүрөөк fazla küçülterek algoritmik катары f_peak'i көбүрөөк жогорку frekansa taşıyabilmektedir.

Эмне үчүн 100% SoC кийинки талдоодон чыгарылган?

%100 SoC гана чекит çıkarma başarısında эмес, sağlık göstergelerinin diğer SoC seviyelerinden ayrışmasında da sorun oluşturmuştur. Бул nedenle yazarlar sonraki nicel değerlendirmeyi %20–80 SoC aralığıyla sınırlandırmıştır.

Sonuçlar демек %100 SoC үчүн güvenilir SoH бааланган kanıtı катары yorumlanmamalıdır.

Кайсы ден соолук көрсөткүчтөрү чындап SoH менен байланышта болгон?

İlk taramada:

• f_ohmic 600 Hz–2,6 kHz арасында düzensiz davranarak elenmiştir.
• f_trans yaşlanmış hücrelerde sık sık 1 Hz sınırına takıldığı үчүн elenmiştir.
• d_BC yeterli monotonluk göstermediği үчүн elenmiştir.

Nicel karşılaştırmada tutulan беш gösterge:

• R_ct,
• f_peak,
• d_AC,
• d_AB,
• nSoH

olmuştur.

%20–80 SoC aralığında бул беш göstergenin SoH менен mutlak Pearson korelasyonu бардык ызы-чуу koşullarında en az 0,80'dir. En жогорку жана en kararlı korelasyon genel катары R_ct'de görülmüştür.

SoC ошол эле ден соолук көрсөткүчүнө таасир этеби?

Evet. Empedans гана yaşlanmaya эмес hücrenin anlık şarj durumuna da bağlıdır. Çalışmanın 18. sayfasındaki korelasyon matrisleri ошондуктан эки өзүнчө ilişkiyi gösterir: HI–SoH жана HI–SoC.

Özellikle төмөн SoH bölgesinde R_ct'nin SoC duyarlılığı yüksektir. f_peak болсо %80–92 SoH bölgesinde SoC менен көбүрөөк tutarlı бир ilişki gösterir. d_AC, d_AB жана nSoH'nin SoC duyarlılığı başka bölgelerde farklılaşır.

Бул натыйжа yöntemin tamamen “SoC'den bağımsız” olmadığını açıkça gösterir. Çalışmanın көбүрөөк sonraki çapraz-SoC testi бул bağımlılığın кайсы aralıkta tolere edilebildiğini мындан тышкары sınamaktadır.

Бир гана ден соолук көрсөткүчү колдонулганда ката кандай болгон?

%20–80 SoC'deki бардык клеткалар бир araya getirildiğinde беш göstergenin tamamı үч өлчөө koşulunda da %2'nin астында medyan RMSE elde etmiştir.

R_ct en төмөн medyan RMSE'yi üretirken клеткалар arasındaki ката dağılımı görece geniştir. f_peak benzer büyüklükte medyan ката fakat көбүрөөк kompakt dağılım göstermiştir.

d_AC жана d_AB'nin hataları f_peak'ten biraz көбүрөөк yüksektir. nSoH en жогорку medyan ката жана en кеңири ката dağılımına sahip экендиги үчүн sonraki füzyon analizinden çıkarılmıştır.

En zor изилдөө чекити genel катары %20 SoC'dir. Beş göstergenin tamamı en жогорку medyan hatalarını бул SoC seviyesinde көрсөтөт.

fpeak менен dAC чындап бири-бирин толуктайбы?

Булак эки göstergenin her клетка–SoC kombinasyonundaki RMSE'sini karşılaştırmıştır.

Gaussian ызы-чуу астында f_peak 60 durumda d_AC'den көбүрөөк iyi, d_AC болсо 45 durumda көбүрөөк iyi натыйжа vermiştir.

OEIS koşulunda fark көбүрөөк dengelidir: f_peak 56, d_AC 49 durumda көбүрөөк iyi performans göstermiştir.

Dolayısıyla göstergelerden biri бардык клетка жана изилдөө koşullarında sistematik катары üstün эмес.

Ayrıca эки yöntemin SoH баалоо artıklarının korelasyonu erken yaşlanmaya karşılık gelen %92–100 SoH aralığında sıfıra yaklaşmakta же negatif olabilmektedir. Бул durum эки göstergenin hatalarının bazı bölgelerde bağımsız bilgi taşıdığına işaret eder жана füzyon үчүн негизги gerekçeyi oluşturur.

RHF биригүүсү канча ката жаратты?

Basit %50–%50 eşit füzyon менен RHF'nin medyan hataları birbirine жакын olsa da RHF ката dağılımını daraltmıştır.

Бул nedenle RHF'nin avantajı гана merkezi ката değerinde эмес, клеткалар жана SoC seviyeleri arasındaki ката dağılımının sıkılaşmasında da көрүнөт.

RHF менен Rctнин MAE салыштырылышы

RHF өзгөчө төмөн жана orta SoC seviyelerinde R_ct'ye ылайык көбүрөөк төмөн же benzer medyan MAE üretmektedir. %80 SoC'de эки yöntem арасында айкын бир genel üstünlük görülmemektedir.

Бир SoCдо калибрленген моделди башка SoCдо колдонсо болобу?

Çalışma бул soruyu түздөн-түз çapraz-SoC testiyle incelemiştir. Бир SoC'de oluşturulan f_peak жана d_AC–SoH eşlemeleri hiçbir yeniden kalibrasyon yapılmadan başka SoC seviyelerine uygulanmıştır.

Gaussian ызы-чуу үчүн medyan RMSE matrisi şöyledir:

OEIS ката profili үчүн:

Sonuç çok nettir: kalibrasyon жана test SoC değerleri %20–65 bandının ичинде kaldığında бардык medyan RMSE değerleri %2'nin altındadır. Buna karşılık %80 SoC менен başka SoC seviyeleri арасында aktarım yapıldığında ката болжол менен %2–3,5 aralığına çıkmaktadır.

Dolayısıyla yöntem “SoC bağımsız” эмес; fakat изилдөөнүн verisinde orta SoC bölgesinde belirli düzeyde çapraz-SoC aktarılabilirliği көрсөтөт.

Натыйжа Түркия үчүн эмнени билдирет?

Çalışma Türkiye'deki elektrikli araç же sabit энергия depolama батарея filolarından toplanmış маалымат içermemektedir. Türkiye'de чыныгы бир BMS uygulamasına aktarım үчүн kullanılan клетка kimyası, клетка formatı, paket жылуулук yönetimi, изилдөө температуралары, SoC dağılımı, картаюу profilleri жана araç üstü EIS elektroniklerinin жыштык-bağımlı өлчөө hatalarıyla yeniden текшерүү керек.

Özellikle Türkiye'nin yaz жана kış koşullarındaki батарея температура değişimleri маанилүү; булак изилдөөдө sağlık amaçlı бардык EIS kontrol ölçümleri 23 °C'de gerçekleştirilmiştir. Бул nedenle çalışmadaki %0,97 же %1,05 RMSE değerlerinin чыныгы бир araç filosunda ошол эле түрдө elde edileceği sonucuna varılamaz.

Изилдөө колдогон натыйжалар

• 10 kHz–1 Hz менен чектелген импеданс spektrumundan үч karakteristik чекит güvenilir түрдө çıkarılabilir; %20–80 SoC'de başarı катышы incelenen koşullarda %99'un üzerindedir.
• fpeak, dAC жана dAB, батарея SoH'siyle күчтүү ilişki көрсөтөт.
• fpeak жана dAC ар башка SoH жана SoC bölgelerinde tamamlayıcı ката davranışı көрсөтөт.
• Бул эки göstergenin RHF менен birleştirilmesi Gaussian gürültüde %1,05 жана ölçülmüş OEIS ката profilinde %0,97 medyan RMSE üretmiştir.
• RHF'nin ката dağılımı basit eşit ağırlıklı füzyondan көбүрөөк dardır.
• %20–65 aralığındaki çapraz-SoC transferlerinde medyan RMSE %2'nin астында kalmıştır.
• Empedans үч бурчтугу ыкмасы Rct tabanlı модель tanımlamasına kıyasla булак MATLAB uygulamasında çok көбүрөөк төмөн эсептөө maliyetine sahiptir.

Изилдөө колдобогон натыйжалар

• Yöntemin бардык lityum-iyon батарея kimyalarında ошол эле doğrulukla çalıştığı gösterilmemiştir.
• %100 SoC үчүн güvenilir импеданс үч бурчтугу çıkarımı gösterilmemiştir.
• Yöntem değişken EIS өлчөө sıcaklıklarında doğrulanmamıştır.
• Gerçek araç же энергия depolama BMS'sinde gömülü mikrodenetleyici uygulaması gösterilmemiştir.
• 0,096 ms эсептөө süresi чыныгы бир BMS işlemcisinde ölçülmemiştir.
• OEIS ката modeli çok sayıda ар башка клетка, температура жана donanımdan elde edilen istatistiksel saha gürültüsü эмес.
• SoC bilinmeden tamamen SoC-bağımsız SoH бааланган yapıldığı gösterilmemiştir.
• 20–65% SoC çapraz aktarım başarısı %80 SoC'ye же %100 SoC'ye genişletilememiştir.
• Yalnız 1 Hz'e чейин ölçümün бардык клетка tasarımlarında yeterli экендиги kanıtlanmamıştır.

Изилдөөнүн ыкмасы жана натыйжалары

Эксперименттик жана текшерүү түзүлүшүнүн техникалык жыйынтыгы

CN0510 эталондук экспериментинин техникалык жыйынтыгы

Ден соолук көрсөткүчтөрүн тандоо

Эмне үчүн төмөн SoC кыйыныраак?

Сүрөт 8'de бардык sağlık göstergelerinin medyan баалоо hatası %20 SoC'de en yüksektir. Бул натыйжа гана RHF'ye özgü эмес; R_ct, f_peak, d_AC, d_AB жана nSoH'nin tamamında көрүнөт.

Бул nedenle төмөн SoC'deki көбүрөөк жогорку ката, гана seçilen füzyon algoritmasının başarısızlığı түрүндө yorumlanamaz. Empedans–SoH eşlemesinin SoC'ye bağlı olmasının genel sonucu катары ortaya çıkmaktadır.

RHFнин эсептөө чыгымы чындап канчалык төмөн?

Бул süreler MATLAB `timeit` колдонуу менен, картаюу маалымат setinden rastgele seçilen 20 gürültüsüz spektrum үстүндө ölçülmüştür.

1900 эселик айырма BMSте да ушундай болобу?

Булак bunu göstermemektedir. Sayısal fark, изилдөөнүн MATLAB uygulaması жана kullanılan algoritmalar arasındaki işlem yükü karşılaştırmasıdır.

Gerçek бир BMS'de:

• mikrodenetleyici mimarisi,
• сандык hassasiyet,
• bellek erişimi,
• ters polinom eşleme yöntemi,
• EIS маалымат ön işlemesi,
• işletim sistemi/zamanlayıcı,
• diğer BMS görevleri

чыныгы изилдөө süresini değiştirebilir. Булак gelecekte hardware-in-the-loop жана gömülü BMS валидациясы yapılmasını açıkça önermektedir.

Ыкманын күчтүү жагы кандай?

Yöntem, fiziksel импеданс bilgisini tamamen kara-kutu бир makine öğrenmesi modeline dönüştürmeden эсептөө maliyetini düşürmektedir. A, B жана C noktaları Nyquist eğrisinde açık geometrik anlam taşır; f_peak dominant zaman ölçeğinin değişimini, d_AC болсо erişilebilir импеданс bölgesinin geometrik genişlemesini билдирет.

İkinci күчтүү yön, yöntem değerlendirilirken гана ideal EIS verisinin kullanılmamasıdır. Araştırmacılar hem kontrollü Gaussian perturbasyonu hem de чыныгы OEIS donanımından türetilmiş жыштык-bağımlı ката profilini değerlendirmiştir.

Üçüncü күчтүү yön, ошол эле hücrelerin eğitim жана test ичинде karışmasını önleyen клетка düzeyinde LOO doğrulamasıdır. RHF'nin α жана β parametreleri үчүн iç LOO kullanılması da test hücresinin parametre ayarına sızmasını engellemeyi amaçlamaktadır.

Ыкманын негизги чектөөлөрү кайсылар?

Birinci чек sıcaklıktır. Yaşlandırma ар башка sıcaklıklarda yapılmış olsa da SoH tahmininde kullanılan EIS ölçümleri 23 °C'dedir. Empedans күчтүү түрдө sıcaklığa bağlı болгондуктан değişken çevrimiçi sıcaklıklar үчүн өзүнчө текшерүү зарыл.

İkinci чек клетка kimyasıdır. SoH валидациясы ошол эле açık NMC811 18650 маалымат ailesi үстүндө yapılmıştır. Başka katot kimyaları, grafit/silikon anot катыштары же prizmatik/pouch клеткалар test edilmemiştir.

Üçüncü чек өлчөө hatası modelidir. OEIS profili бир CN0510–Solartron karşılaştırmasından elde edilmiştir; ар башка cihaz, bağlantı, клетка температурасы жана paket kablolamasındaki ката dağılımı bilinmemektedir.

Dördüncü чек 1 Hz alt sınırıdır. C чекити чыныгы өтүү frekansı yerine өлчөө penceresi sınırını temsil edebilir.

Beşinci чек SoC bağımlılığıdır. %20–65 арасында transfer iyi olsa da %80 SoC'ye же %80'den diğer seviyelere aktarımda medyan ката болжол менен %3,5'e чейин yükselmektedir.

Altıncı чек чыныгы gömülü uygulamadır. Çalışma algoritmanın эсептөө жагынан uygun göründüğünü gösterir; fakat чыныгы BMS firmware'i, donanım-ичинде-döngü же araç testi sunmaz.

Келечектеги изилдөөлөр кайсы тармактарга багытталат?

Yazarlar үч негизги келечектеги изилдөө yönü белгилейт:

• OEIS өлчөө sıcaklığının ден соолук көрсөткүчү çıkarımına таасири,
• başka клетка kimyaları жана клетка formatlarına aktarılabilirlik,
• gömülü BMS жана hardware-in-the-loop валидациясы.

Бул үч konu ошол эле zamanda mevcut sonuçların кайсы sınırlar ичинде okunması gerektiğini de көрсөтөт.

Булак жана ыкма боюнча эскертүү

Tam özgün изилдөө adı: Low-Complexity SoH Estimation of Lithium-Ion Batteries via an Impedance Triangle under Online EIS Constraints

Yazarlar — PDF sırası: Chenye Song, Seyedmehdi Hosseininasab, Zhe Tang, Wenbin Li, Pranav Shah, Sung-Yong Lee, Jakob Andert.

Eş katkı / eş birinci yazar: Булакта belirtilmemiştir.

Sorumlu yazar: Chenye Song. PDF'de yıldız менен жана “Corresponding author” ifadesiyle belirtilmiştir. SSRN kaydı da Chenye Song'u Contact Author катары көрсөтөт.

Afiliasyonlar: Chair of Mechatronics in Mobile Propulsion (MMP), RWTH Aachen University, Aachen, Almanya; FEV Europe GmbH, Aachen, Almanya; Chair of Thermodynamics of Mobile Energy Conversion Systems (TME), RWTH Aachen University, Aachen, Almanya.

DOI: 10.2139/ssrn.7199401

Platform: SSRN.

Resmî kayıt: SSRN Abstract 7199401.

Yayın tarihi: SSRN kaydında 29 Temmuz 2026.

Бет sayısı: 30.

Dergi / cilt / sayı: İncelenen sürüm үчүн hakemli dergi, cilt же sayı bilgisi belirtilmemiştir.

Булак türü жана hakemlik durumu: Бул изилдөө hakem değerlendirmesinden geçmemiş бир preprinttir; натыйжалары бул yayın aşaması dikkate alınarak değerlendirilmelidir.

Lisans: SSRN bibliyografik kaydı açık Creative Commons lisansı göstermemekte жана izinsiz yeniden kullanıma izin verilmediğini белгилейт. Булактын özgün şekilleri ошондуктан makale HTML'sine kopyalanmamış; yöntem жана сандык натыйжалар görünür HTML tabloları менен Verianla Live yapılarında özgün түрдө yeniden ifade edilmiştir.

Finansman / destek: Булак teşekkür bölümünde RWTH Aachen University Open Access Publishing Fund tarafından sağlanan açık erişim finansmanını жана Deutsche Forschungsgemeinschaft desteğini, proje numarası 532171154 менен белгилейт.

Veri kaynağı: SoH doğrulamasında Chan жана arkadaşları tarafından yayımlanan açık erişimli lityum-iyon батарея картаюу жана EIS маалыматтар топтому колдонулган. Orijinal маалымат setindeki 34 hücreden маалымат yeterliliği kriterlerini karşılayan 21 клетка mevcut çalışmaya анын ичинде edilmiştir.

Veri erişilebilirliği beyanı: İncelenen 30 sayfalık sürümde өзүнчө бир Data Availability bölümü bulunmamaktadır. Kullanılan негизги картаюу маалыматтар топтому kaynakçada açık маалыматтар топтому катары аныкталат.

Çıkar çatışması: İncelenen sürümde өзүнчө бир Declaration of Competing Interests bölümü bulunmamaktadır.

CRediT / ayrıntılı yazar katkıları: İncelenen sürümde өзүнчө бир CRediT yazar katkı beyanı bulunmamaktadır.

OEIS ызы-чуу modeli notu: Çalışmadaki OEIS ката profili tek бир Sony US18650VTC5A hücrenin Analog Devices CN0510 жана Solartron ModuLab sistemlerinde ardışık ölçümünden türetilmiştir. Бул жыштык-bağımlı profil NMC811 картаюу маалымат setindeki spektrumlara deterministik катары uygulanmıştır. Dolayısıyla изилдөө çoklu donanım жана çoklu hücrelerden elde edilen istatistiksel бир saha ызы-чуу modeli kullanmamaktadır.

Sıcaklık чегин: Yaşlanma grupları 23, 35 же 45 °C'de çevrimlenmiş olsa da periyodik EIS kontrol ölçümleri 23 °C'de gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın натыйжалары değişken EIS өлчөө sıcaklığında SoH баалоо doğruluğunu doğrulamamaktadır.

SoC kapsamı: %100 SoC'de karakteristik чекит çıkarımı bazı yaşlı hücrelerde başarısız экендиги үчүн негизги nicel analiz %20–80 SoC менен sınırlandırılmıştır. Çapraz-SoC aktarımında en күчтүү натыйжа %20–65 aralığında elde edilmiş; %80 менен diğer SoC seviyeleri арасында ката айкын түрдө yükselmiştir.

1 Hz чегин: Gerçek spektral өтүү 1 Hz'in altına düştüğünde ftrans өлчөө sınırına kilitlenmektedir. Böyle durumlarda dAC erişilebilir OEIS penceresinin geometrisini yansıtır жана чыныгы төмөн жыштык geçişinin tamamını içermez.

Hesaplama süresi чегин: RHF үчүн 0,096 ms жана Rct үчүн 185 ms değerleri MATLAB `timeit` менен 20 rastgele seçilmiş gürültüsüz spektrum үстүндө ölçülmüştür. Bunlar бир üretim BMS mikrodenetleyicisinin түздөн-түз benchmark натыйжалары эмес.

Gerçek uygulama чегин: Çalışma embedded deployment үчүн эсептөө fizibilitesi көрсөтөт; fakat чыныгы BMS firmware'i же hardware-in-the-loop doğrulamasını henüz gerçekleştirmemiştir. Бул текшерүү yazarların келечектеги изилдөө hedefleri arasındadır.

Bilimsel булак чегин: Бул Verianla makalesindeki импеданс үч бурчтугу, karakteristik жыштык tanımları, sağlık göstergeleri, RHF denklemi, картаюу маалыматтар топтому, ызы-чуу modelleri, LOO текшерүү, SoC transfer натыйжалары, RMSE/MAE değerleri жана эсептөө süreleri yüklenen 30 sayfalık негизги çalışmaya dayanmaktadır. Dış bibliyografik kontrol гана SSRN kimliği, DOI, yayın tarihi, Contact Author жана lisans durumunu doğrulamak үчүн kullanılmış; негизги илимий içeriğe dışarıdan yeni эксперимент sonucu eklenmemiştir.