ĐIỀU KHIỂN SẠC NHANH CHO PIN LITHIUM-ION  DỰA TRÊN TÁI CẤU HÌNH CẤP ĐỘ CELL

Ngô Phương Thanh; Nguyễn Văn Chí

doi:10.34238/tnu-jst.13780

ĐIỀU KHIỂN SẠC NHANH CHO PIN LITHIUM-ION DỰA TRÊN TÁI CẤU HÌNH CẤP ĐỘ CELL

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 17/10/25 Ngày hoàn thiện: 15/12/25 Ngày đăng: 15/12/25

Các tác giả

1. Ngô Phương Thanh, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên
2. Nguyễn Văn Chí , Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên

Tóm tắt

Bài báo đề xuất một chiến lược điều khiển sạc nhanh tối ưu đảm bảo an toàn điện–nhiệt, phù hợp theo SoH và chi phí giá điện ở cấp độ cell. Dựa trên mô hình điện–nhiệt xen kênh để dự báo điện áp, tốc độ phát nhiệt và nhiệt độ trung bình của cell theo thời gian thực, và thiết kế một bài toán điều khiển tối ưu có ràng buộc nhằm điều chỉnh dòng sạc riêng biệt cho từng cell. Bộ điều khiển áp đặt chặt chẽ các giới hạn vận hành gồm điện áp cell, nhiệt độ theo cell, điều chỉnh dòng cho phép theo SoH, đồng thời đưa biểu giá điện theo thời gian (ToU) vào hàm chi phí để tối thiểu hóa chi phí tiền điện mà vẫn đạt SoC mục tiêu trong khoảng thời gian sạc định trước. Phương pháp này hỗ trợ sạc nhanh độc lập từng cell dựa trên tái cấu hình nối tiếp/song song sử dụng các chuyển mạch thống nhất với mô hình xen kênh điện–nhiệt và ràng buộc topo dạng chiếu nhằm tách riêng động học cell khỏi ràng buộc liên kết giữa các cell. Kết quả mô phỏng và thử nghiệm với nhiều điều kiện vận hành khác nhau như SoC ban đầu, SoH, nhiệt độ môi trường, giới hạn dòng cực đại, ToU và các trọng số của hàm mục tiêu cho thấy sự cải thiện tốt hơn về an toàn và hiệu quả, giảm đỉnh nhiệt, giảm chi phí và đạt được SoC mong muốn tại thời điểm cuối quá trình sạc.

Từ khóa

Điều khiển sạc nhanh; SoC, SoH, ToU; Lithium-Ion battery; BMS; Re-configuration

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] T. Wang et al., “Recent status, key strategies, and challenging prospects of silicon anodes for realizing fast-charging lithium-ion batteries,” Carbon, vol. 230, November 2024, Art. no. 119615.

[2] A. Pamidimukkala, S. Kermanshachi, J. M. Rosenberger, and G, Hladik, “Barriers and motivators to the adoption of electric vehicles: A global review,” Green Energy and Intelligent Transportation, vol. 3, no. 2, 2024, Art. no. 100153.

[3] Z. Lu, H. Tu, H. Fang, Y. Wang, and S. Mou, "Integrated Optimal Fast Charging and Active Thermal Management of Lithium-Ion Batteries in Extreme Ambient Temperatures," IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 33, no. 2, pp. 714-728, 2025.

[4] N. Dai and J. Long, “Research on fast-charging battery thermal management system based on refrigerant direct cooling,” Sci. Rep., vol. 13, 2023, Art. no. 11707.

[5] V. C. Nguyen, “Optimal control of active cell balancing for lithium-ion battery pack with constraints on cells’ current and temperature,” Journal of Electrochemical Energy Conversion and Storage, vol. 20, no. 1, 2023, doi: 10.1115/1.4054530.

[6] J. Amanor-Boadu, A. Guiseppi-Elie, and E. Sánchez-Sinencio, “The impact of pulse charging parameters on the life cycle of lithium-ion polymer batteries,” Energies, vol. 11, 2018, doi: 10.3390/en11082162.

[7] S. Li, Q. Wu, D. Zhang, Z. Liu, Y. He, Z. L. Wang, and C. Sun, “Effects of pulse charging on the performances of lithium-ion batteries,” Nano Energy, vol. 56, pp. 555–562, 2019.

[8] B. Purushothaman and U. Landau, “Rapid charging of lithium-ion batteries using pulsed currents: A theoretical analysis,” J. Electrochem. Soc., vol. 153, 2006, doi: 10.1149/1.2161580.

[9] D. Sun et al., “AI-enabled fast charging of lithium-ion batteries of electric vehicles: review, challenges and perspectives,” Energy & Environmental Science, vol.17, pp. 7512-7542, 2024.

[10] X. Huang, J. Zhao, Q. Gao, W. Zhang, X. Cheng, C. Song, and G. Li, "Recent Advances in Fast-charging Lithium-ion Batteries: Mechanism, Materials, and Future Opportunities," Chemical Engineering Journal, vol. 506, 2025, doi: 10.1016/j.cej.2025.159927.

[11] L. Chen, “A design of optimal pulse charge system by variable frequency technique,” IEEE Trans. Ind. Electron, vol. 54, pp. 398–405, 2007.

[12] L.-R Chen, “Design of duty-varied voltage pulse charger for improving li-ion battery-charging response,” IEEE Trans. Ind. Electron, vol. 56, pp.480–487, 2008.

[13] C. Zou, X. Hu, Z. Wei, T. Wik, and Egardt, “ Electrochemical estimation and control for lithium-ion battery health-aware fast charging,” IEEE Trans. Ind. Electron, vol. 65, pp.6635–6645, 2017.

[14] D. Bernardi, E. Pawlikowski, and J. Newman, “A General Energy Balance for Battery Systems,” Journal of The Electrochemical Society, vol. 132, pp. 5-12, 1985.

[15] W. B. Gu and C. Y. Wang, “Thermal‐Electrochemical Modeling of Battery Systems,” Journal of The Electrochemical Society, vol. 147, pp. 2910-2922, 2022.

[16] A. Bills, M. Salazar, D. Zhang, and V. Viswanathan, “A Model Predictive Control Scheme for Fast Charging via Accurate Quadratic Battery Models,” American Control Conference (ACC), 2022, pp. 1794-1800.

[17] P. T. Nguyen, V. T. Nguyen, V. C. Nguyen, M. D. Ngo, and S. Ahn, "Simultaneous Estimation of State-of-Charge and State-of-Temperature in Lithium-Ion Batteries Using a Coupled Electro-Thermal Model," International Journal of Electrochemical Science, vol. 20, no. 11, 2025, doi: 10.1016/j.ijoes.2025.101202.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.13780

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ