Teorija naboja in praznjenja litija in zasnova metode izračuna električne energije
2. Uvod v merilnik baterije
2.1 Predstavitev delovanja števca električne energije
Upravljanje baterije je mogoče obravnavati kot del upravljanja z energijo.Pri upravljanju baterije je za oceno kapacitete baterije odgovoren števec električne energije.Njegova osnovna funkcija je spremljanje napetosti, polnilnega/praznilnega toka in temperature akumulatorja ter ocena stanja napolnjenosti (SOC) in polne napolnjenosti (FCC) akumulatorja.Obstajata dve tipični metodi za oceno stanja napolnjenosti baterije: metoda napetosti odprtega tokokroga (OCV) in kulometrična metoda.Druga metoda je dinamični napetostni algoritem, ki ga je zasnoval RICHTEK.
2.2 Metoda napetosti odprtega tokokroga
Enostavno je realizirati števec električne energije z metodo napetosti odprtega tokokroga, ki jo lahko dobite s preverjanjem ustreznega stanja napolnjenosti napetosti odprtega tokokroga.Predpostavlja se, da je napetost odprtega tokokroga napetost sponk akumulatorja, ko akumulator miruje več kot 30 minut.
Krivulja napetosti baterije se bo spreminjala glede na različno obremenitev, temperaturo in staranje baterije.Zato fiksni voltmeter odprtega tokokroga ne more v celoti predstavljati stanja napolnjenosti;Stanja napolnjenosti ni mogoče oceniti samo z ogledom tabele.Z drugimi besedami, če je stanje napolnjenosti ocenjeno le s pregledovanjem tabele, bo napaka velika.
Spodnja slika prikazuje, da se stanje napolnjenosti (SOC) iste napetosti baterije zelo razlikuje glede na metodo napetosti odprtega tokokroga med polnjenjem in praznjenjem.
Slika 5. Napetost baterije v pogojih polnjenja in praznjenja
Iz spodnje slike je razvidno, da se stanje napolnjenosti močno spreminja pri različnih obremenitvah med praznjenjem.Torej je v bistvu metoda napetosti odprtega tokokroga primerna samo za sisteme, ki zahtevajo nizko natančnost stanja napolnjenosti, kot so avtomobili, ki uporabljajo svinčeve baterije ali neprekinjeno napajanje.
Slika 6. Napetost baterije pri različnih obremenitvah med praznjenjem
2.3 Kulometrična metoda
Načelo delovanja kulometrije je priključitev detekcijskega upora na polnilno/praznilno pot baterije.ADC meri napetost na uporu zaznavanja in jo pretvori v trenutno vrednost baterije, ki se polni ali prazni.Števec v realnem času (RTC) lahko integrira trenutno vrednost s časom, da ugotovi, koliko kulonov teče.
Slika 7. Osnovni način delovanja coulombove merilne metode
Kulometrična metoda lahko natančno izračuna stanje napolnjenosti v realnem času med polnjenjem ali praznjenjem.S števcem kulona polnjenja in števcem kulona praznjenja lahko izračuna preostalo električno kapaciteto (RM) in polno zmogljivost polnjenja (FCC).Hkrati se lahko za izračun stanja napolnjenosti (SOC=RM/FCC) uporabi tudi preostala napolnjenost (RM) in polna napolnjenost (FCC).Poleg tega lahko oceni tudi preostali čas, kot sta izčrpanost (TTE) in polnost (TTF).
Slika 8. Formula za izračun coulombove metode
Obstajata dva glavna dejavnika, ki povzročata odstopanje natančnosti kulonskega meroslovja.Prvi je kopičenje napake odmika pri zaznavanju toka in merjenju ADC.Čeprav je merilna napaka pri trenutni tehnologiji razmeroma majhna, se bo napaka s časom povečala, če ni dobrega načina za njeno odpravo.Spodnja slika prikazuje, da je v praktični uporabi, če ni popravka v časovnem trajanju, akumulirana napaka neomejena.
Slika 9. Kumulativna napaka coulombove metode
Da bi odpravili akumulirano napako, so pri normalnem delovanju akumulatorja na voljo tri možne časovne točke: konec polnjenja (EOC), konec praznjenja (EOD) in počitek (Relax).Baterija je popolnoma napolnjena in stanje napolnjenosti (SOC) mora biti 100 %, ko je doseženo stanje konca polnjenja.Pogoj konca praznjenja pomeni, da je baterija popolnoma izpraznjena in da mora biti stanje napolnjenosti (SOC) 0 %;Lahko je absolutna vrednost napetosti ali pa se spreminja z obremenitvijo.Ko pride v stanje mirovanja, se baterija ne polni in ne izprazni in v tem stanju ostane dolgo časa.Če želi uporabnik uporabiti stanje mirovanja baterije za odpravo napake kulometrične metode, mora v tem trenutku uporabiti voltmeter z odprtim krogom.Spodnja slika prikazuje, da je napako stanja napolnjenosti pod zgornjimi pogoji mogoče popraviti.
Slika 10. Pogoji za odpravo kumulativne napake kulometrične metode
Drugi glavni dejavnik, ki povzroča odstopanje natančnosti metode merjenja s kulonovo metodo, je napaka polne zmogljivosti polnjenja (FCC), ki je razlika med načrtovano zmogljivostjo baterije in dejansko polno zmogljivostjo baterije.Na zmogljivost polnega polnjenja (FCC) bodo vplivali temperatura, staranje, obremenitev in drugi dejavniki.Zato je metoda ponovnega učenja in kompenzacije popolnoma napolnjene kapacitete zelo pomembna za kulometrično metodo.Spodnja slika prikazuje trend napake SOC, ko je polna zmogljivost polnjenja precenjena in podcenjena.
Slika 11. Trend napak, ko je polna zmogljivost polnjenja precenjena in podcenjena
Čas objave: 15. februarja 2023