A microcontroller based fuzzy logic controller development for the float current analysis of batteries

Lithium-ion battery has gained significant popularity and widespread use in various instruments, devices, and stationary storage systems due to its inherent advantages, including its high volumetric energy density, ease of portability, among others [1]. Lithium-ion batteries represent complex systems, the ageing processes of which are even more complicated. A promising approach to conducting calendaric ageing tests is the float current analysis. This method involves the examination of the steady-state self-discharge current, known as the float current, after a transient phase is accomplished [2]. For fast predicting their lifetime, it is essential to minimize the duration of ageing tests. In order to shorten the test duration, the ISEA institute has already developed measurement electronics that enable the measurement of float current while keeping the voltage constant. The Floater (i.e., the measurements test device) utilized a manually tuned conventional PI controller with a reference point voltage input which should be manually set by the operator prior to the test. The scope of this project includes the design and implementation of a control algorithm for float current analysis of different Lithium-ion batteries without the need for manual efforts for parameter optimization and tuning. The new algorithm is based on a PI controller integrated with a fuzzy logic interface which tunes the controller gains. In addition, shortening the test time was of great importance; therefore, the manual measurement and setting of the voltage reference point were eliminated as it immensely affected the test duration. Experimental tests were conducted with the new fuzzy logic-based PI controller, and the results were compared with the tests performed using the conventional PI controller with manual tuning in terms of controller performance and test duration. The tests were conducted under the same conditions (temperature, etc.) to have more valid comparisons.

La batteria agli ioni di litio ha guadagnato una significativa popolarità e diffuso uso in vari strumenti, dispositivi e sistemi di immagazzinamento stazionari, grazie ai suoi vantaggi intrinseci, tra cui l'alta densità energetica volumetrica, la facilità di trasporto, tra gli altri [1]. Le batterie al litio-ion rappresentano sistemi complessi, i cui processi di invecchiamento sono ancora più complicati. Un approccio promettente per condurre test di invecchiamento calendarico è l'analisi della corrente di flottazione. Questo metodo prevede l'esame della corrente di auto-scarica allo stato stazionario, nota come corrente di flottazione, dopo che una fase transitoria è stata completata [2]. Per prevedere velocemente la loro durata, è essenziale minimizzare la durata dei test di invecchiamento. Al fine di accorciare la durata del test, l'istituto ISEA ha già sviluppato elettronica di misura che consentono la misura della corrente di flottazione mantenendo costante la tensione. Il Floater (cioè il dispositivo di test di misura) utilizza un controllore PI convenzionale regolato manualmente con un'ingresso di tensione del punto di riferimento che deve essere impostato manualmente dall'operatore prima del test. Lo scopo di questo progetto include la progettazione e l'implementazione di un algoritmo di controllo per l'analisi della corrente di flottazione di diverse batterie al litio-ion senza la necessità di sforzi manuali per l'ottimizzazione e l'aggiustamento dei parametri. Il nuovo algoritmo si basa su un controller PI integrato con un'interfaccia di logica fuzzy che accorda i guadagni del controller. Inoltre, la riduzione del tempo di test è stata di grande importanza; pertanto, la misura manuale e l'impostazione del punto di riferimento di tensione sono stati eliminati in quanto influivano enormemente sulla durata del test. Sono stati condotti test sperimentali con il nuovo controller PI basato sulla logica fuzzy, e i risultati sono stati confrontati con i test eseguiti utilizzando il tradizionale controller PI con aggiustamento manuale in termini di prestazioni del controller e durata del test. I test sono stati condotti nelle stesse condizioni (temperatura, ecc.) per avere confronti più validi.