Теорията на литиевия заряд и разряд и проектирането на метода за изчисляване на електричеството
2. Въведение в измервателя на батерията
2.1 Функционално въвеждане на електромер
Управлението на батерията може да се разглежда като част от управлението на захранването.При управлението на батерията електромерът отговаря за оценката на капацитета на батерията.Основната му функция е да следи напрежението, тока на зареждане/разреждане и температурата на батерията и да оценява състоянието на зареждане (SOC) и пълния капацитет на зареждане (FCC) на батерията.Има два типични метода за оценка на състоянието на заряд на батерията: метод на напрежението на отворена верига (OCV) и кулонометричен метод.Другият метод е алгоритъмът за динамично напрежение, проектиран от RICHTEK.
2.2 Метод на напрежението на отворена верига
Лесно е да се реализира електромерът, като се използва методът на напрежението на отворена верига, което може да се получи чрез проверка на съответното състояние на заряд на напрежението на отворена верига.Приема се, че напрежението на отворена верига е напрежението на клемите на батерията, когато батерията е в покой повече от 30 минути.
Кривата на напрежението на батерията ще варира в зависимост от различното натоварване, температура и стареене на батерията.Следователно фиксираният волтметър с отворена верига не може напълно да представи състоянието на заряд;Състоянието на зареждане не може да се оцени само чрез разглеждане на таблицата.С други думи, ако състоянието на зареждане се оценява само чрез разглеждане на таблицата, грешката ще бъде голяма.
Фигурата по-долу показва, че състоянието на заряд (SOC) на едно и също напрежение на батерията е много различно по метода на напрежението на отворена верига при зареждане и разреждане.
Фигура 5. Напрежение на батерията при условия на зареждане и разреждане
От фигурата по-долу може да се види, че състоянието на заряд варира значително при различни натоварвания по време на разреждане.Така че основно методът на напрежението на отворена верига е подходящ само за системи, които изискват ниска точност на състоянието на заряд, като автомобили, използващи оловно-киселинни батерии или непрекъсваеми източници на енергия.
Фигура 6. Напрежение на батерията при различни натоварвания по време на разреждане
2.3 Кулонометричен метод
Принципът на работа на кулонометрията е да се свърже детективен резистор към пътя за зареждане/разреждане на батерията.ADC измерва напрежението на съпротивлението на откриване и го преобразува в текущата стойност на батерията, която се зарежда или разрежда.Броячът в реално време (RTC) може да интегрира текущата стойност с времето, за да разбере колко кулона текат.
Фигура 7. Основен работен режим на кулонов метод за измерване
Кулонометричният метод може точно да изчисли състоянието на заряд в реално време по време на зареждане или разреждане.С кулоновия брояч на заряда и кулоновия брояч на разряда той може да изчисли остатъчния електрически капацитет (RM) и пълния капацитет на заряд (FCC).В същото време оставащият капацитет на зареждане (RM) и пълният капацитет на зареждане (FCC) също могат да се използват за изчисляване на състоянието на зареждане (SOC=RM/FCC).В допълнение, той може също така да оцени оставащото време, като изчерпване на мощността (TTE) и пълна мощност (TTF).
Фигура 8. Формула за изчисление на метода на Кулон
Има два основни фактора, които причиняват отклонението на точността на кулоновата метрология.Първият е натрупването на грешка при отместване при отчитане на ток и измерване на ADC.Въпреки че грешката на измерване е сравнително малка с настоящата технология, ако няма добър метод за отстраняването й, грешката ще се увеличи с времето.Фигурата по-долу показва, че при практическо приложение, ако няма корекция във времетраенето, натрупаната грешка е неограничена.
Фигура 9. Кумулативна грешка на метода на Кулон
За да се елиминира натрупаната грешка, има три възможни времеви точки при нормална работа на батерията: край на зареждане (EOC), край на разреждане (EOD) и почивка (Relax).Батерията е напълно заредена и състоянието на заряд (SOC) трябва да бъде 100%, когато се достигне условието за край на зареждането.Условието за край на разреждането означава, че батерията е напълно разредена и нивото на заряд (SOC) трябва да бъде 0%;Може да бъде абсолютна стойност на напрежението или да се променя с натоварването.При достигане на състояние на покой батерията не е нито заредена, нито разредена и остава в това състояние за дълго време.Ако потребителят иска да използва състоянието на покой на батерията, за да коригира грешката на кулонометричния метод, той трябва да използва волтметър с отворена верига в този момент.Фигурата по-долу показва, че грешката в състоянието на зареждане при горните условия може да бъде коригирана.
Фигура 10. Условия за елиминиране на кумулативната грешка на кулонометричния метод
Вторият основен фактор, причиняващ отклонението на точността на метода за измерване на кулон, е грешката на пълния капацитет на зареждане (FCC), която е разликата между проектния капацитет на батерията и реалния капацитет на пълно зареждане на батерията.Пълният капацитет на зареждане (FCC) ще бъде повлиян от температура, стареене, натоварване и други фактори.Следователно, методът на повторно обучение и компенсация на напълно зареден капацитет е много важен за кулонометричния метод.Фигурата по-долу показва тенденцията на SOC грешка, когато пълният капацитет на зареждане е надценен или подценен.
Фигура 11. Тенденция на грешка, когато капацитетът на пълно зареждане е надценен или подценен
Време на публикуване: 15 февруари 2023 г