Мониторинг · оценка состояния · прогноз ресурса

Аккумулятор показывает износ раньше, чем теряет ёмкость

BMS3 измеряет, как напряжение каждой ячейки откликается на ступень тока нагрузки, и по этому отклику оценивает её состояние и остаточный ресурс. Батарею не нужно снимать с объекта и разряжать на стенде.

1 кГц

частота измерения тока и напряжений ячеек

1,7 %

средняя ошибка оценки состояния (SOH) на данных 60 ячеек

30–50 %

на столько точнее прогноз ресурса, чем по среднему ресурсу парка

4,7 млн

отсчётов в одной записи разряда без потерь

U − тренд, мВINR18650-30Q · среднее по 29 периодам

Реальная запись стенда BMS3: включение нагрузки на 5 с. Мгновенный скачок отражает омическое сопротивление ячейки, медленная часть — диффузию. С износом растут обе.

Логотип Фонда содействия инновациям

Логотип «Платформа университетского технологического предпринимательства»

Проект реализован при поддержке Фонда содействия инновациям в рамках программы «Студенческий стартап» мероприятия «Платформа университетского технологического предпринимательства» федерального проекта «Технологии».

Продукт

IoT-система BMS3: устройство на батарее и облачный сервис прогноза

Литий-ионные батареи стареют неравномерно: одна ячейка в сборке может деградировать быстрее остальных и вывести из строя всю батарею. Обычный контроль напряжения замечает это слишком поздно.

Состояние каждой ячейки

Оценка SOH — доли оставшейся ёмкости — по импульсному отклику напряжения, без полного цикла заряда-разряда.

Остаточный ресурс

Прогноз числа циклов до конца срока службы (SOH 80 %), уточняется с каждым новым измерением.

Неисправности и аварии

Переразряд, перегрузка, рост сопротивления, плохой контакт, разбаланс ячеек — с предупреждением до отказа.

Как это работает

От ячейки до прогноза — три шага

Измерение на батарее

IoT-узел BMS3 периодически подключает небольшую дополнительную нагрузку и записывает ток и напряжения ячеек каждую миллисекунду.

Передача в облако

Данные уходят на сервер по Wi-Fi, Ethernet или RS-485. Сервер выделяет признаки: сопротивления через 1 мс, 1 с и 5 с после ступени тока.

Модели машинного обучения

Модели, обученные на данных старения ячеек, оценивают состояние и ресурс, а правила диагностики выявляют неисправности.

Технология

Плата BMS3 на отечественном микроконтроллере

Топология четырёхслойной печатной платы BMS3 с подписанными узлами — Топология печатной платы BMS3: микроконтроллер, модуль ESP32, интерфейсы Ethernet, RS-485, CAN, USB, входы ячеек и термопар.

Микроконтроллер: К1986ВЕ1ФИ (АО «ПКК Миландр»)
Ячеек в сборке: до 3 последовательно
Каналы: ток, 3 напряжения, 3 температуры
Дискретизация: 1 кГц
Измерение тока: шунт 5 мОм, до 33 А
Измерение напряжения: четырёхпроводное, без влияния проводов
Связь: Wi-Fi / Bluetooth, Ethernet, RS-485, CAN, USB
Плата: 4 слоя, 131 × 102 мм

Результаты испытаний

Модели проверены на реальных данных старения

Обучение и проверка — на открытом наборе данных 60 ячеек Samsung INR18650-30Q, состаренных в девяти режимах. Проверочные ячейки не участвовали в обучении.

Связь состояния SOH с сопротивлением и точность оценки SOH — Оценка состояния по двум признакам, которые измеряет плата: средняя ошибка 1,7 %; ячейка на стенде BMS3 соответствует новому состоянию.

Прогноз остаточного ресурса и его ошибка в зависимости от наработки — Прогноз остаточного ресурса: ошибка 49–79 циклов, на 30–50 % меньше, чем прогноз по среднему ресурсу парка.

Стенд: ячейка INR18650-30Q, плата защиты 1S, нагрузка 2 Ом и коммутируемая 5,6 Ом. Непрерывная запись разряда длительностью 78 минут, 854 коммутации нагрузки; два повторных разряда совпали в пределах 2–3 %.

Применение

Где нужен прогноз ресурса батарей

Накопители энергии

Плановая замена модулей вместо аварийной.

Лёгкий электротранспорт

Контроль батарей самокатов и велосипедов в парках проката.

Резервное питание

ИБП и аккумуляторы связи, которые годами стоят в буфере.

Вторая жизнь батарей

Отбор ячеек для повторного использования по их состоянию.

Команда

Команда проекта

ФИОроль в проектевуз, кафедра

Контакты

e-mail: ___________Telegram: ___________