Теорія заряду та розряду літію та розробка методу розрахунку електроенергії
2. Знайомство з лічильником батареї
2.1 Впровадження функції лічильника електроенергії
Керування батареєю можна розглядати як частину керування живленням.При управлінні акумулятором лічильник електроенергії відповідає за оцінку ємності акумулятора.Його основною функцією є моніторинг напруги, струму заряду/розряду та температури акумулятора, а також оцінка стану заряду (SOC) і повної зарядної ємності (FCC) акумулятора.Існує два типових методи оцінки стану заряду батареї: метод напруги холостого ходу (OCV) і кулонометричний метод.Іншим методом є алгоритм динамічної напруги, розроблений RICHTEK.
2.2 Метод напруги холостого ходу
Легко реалізувати лічильник електроенергії методом напруги холостого ходу, який можна отримати шляхом перевірки відповідного стану заряду напруги холостого ходу.Припускається, що напруга розімкнутого ланцюга дорівнює напрузі на клемах батареї, коли батарея перебуває в стані спокою більше 30 хвилин.
Крива напруги батареї змінюватиметься залежно від навантаження, температури та старіння батареї.Таким чином, вольтметр із фіксованим розімкнутим ланцюгом не може повністю відобразити стан заряду;Рівень заряду не можна оцінити, дивлячись лише в таблицю.Іншими словами, якщо стан заряду оцінювати лише за таблицею, похибка буде великою.
На малюнку нижче показано, що стан заряду (SOC) однієї і тієї ж напруги батареї сильно відрізняється за методом напруги холостого ходу під час заряджання та розряджання.
Малюнок 5. Напруга батареї в умовах зарядки та розрядки
На малюнку нижче видно, що стан заряду сильно змінюється при різних навантаженнях під час розряду.Отже, в основному метод напруги холостого ходу підходить лише для систем, які вимагають низької точності стану заряду, наприклад автомобілів, які використовують свинцево-кислотні батареї або джерела безперебійного живлення.
Рисунок 6. Напруга батареї при різних навантаженнях під час розряду
2.3 Кулонометричний метод
Принцип роботи кулонометрії полягає в підключенні резистора виявлення до шляху заряджання/розряджання батареї.АЦП вимірює напругу на опорі виявлення і перетворює його в поточне значення акумулятора, який заряджається або розряджається.Лічильник реального часу (RTC) може інтегрувати поточне значення з часом, щоб знати, скільки кулонів тече.
Рисунок 7. Основний режим роботи кулонівського методу вимірювання
Кулонометричний метод дозволяє точно розрахувати стан заряду в реальному часі під час заряджання або розряджання.За допомогою лічильника кулона заряду та лічильника кулона розряду можна обчислити залишкову електричну ємність (RM) і повну ємність заряду (FCC).Водночас для розрахунку стану заряду (SOC=RM/FCC) також можна використовувати залишкову ємність заряду (RM) і повну ємність заряду (FCC).Крім того, він також може оцінити час, що залишився, наприклад виснаження потужності (TTE) і наповнення потужністю (TTF).
Рисунок 8. Формула розрахунку методу Кулона
Існує два основні фактори, які спричиняють відхилення точності кулонівської метрології.По-перше, це накопичення помилки зсуву під час визначення струму та вимірювання АЦП.Незважаючи на те, що похибка вимірювання порівняно мала за сучасної технології, якщо немає хорошого методу її усунення, похибка з часом зростатиме.На малюнку нижче показано, що в практичному застосуванні, якщо немає корекції тривалості часу, накопичена помилка є необмеженою.
Рисунок 9. Кумулятивна похибка методу Кулона
Щоб усунути накопичену помилку, існує три можливі моменти часу в нормальній роботі акумулятора: кінець заряду (EOC), кінець розряду (EOD) і відпочинок (Relax).Акумулятор повністю заряджено, і стан заряду (SOC) має становити 100%, коли досягається умова завершення заряджання.Умова закінчення розряду означає, що батарея повністю розряджена, а рівень заряду (SOC) має бути 0%;Це може бути абсолютне значення напруги або змінюватися з навантаженням.При досягненні стану спокою акумулятор не заряджається і не розряджається і залишається в цьому стані тривалий час.Якщо користувач бажає використовувати стан батареї в стані спокою для виправлення помилки кулонометричного методу, він повинен використовувати вольтметр з відкритим ланцюгом у цей час.На малюнку нижче показано, що помилку стану заряду за наведених вище умов можна виправити.
Рисунок 10. Умови усунення кумулятивної похибки кулонометричного методу
Другим головним фактором, що спричиняє відхилення точності методу кулонівського вимірювання, є помилка повної зарядної ємності (FCC), яка є різницею між проектною ємністю батареї та реальною повною ємністю заряду батареї.Повна зарядна ємність (FCC) залежатиме від температури, старіння, навантаження та інших факторів.Таким чином, метод повторного навчання та компенсації повністю зарядженої ємності є дуже важливим для кулонометричного методу.На малюнку нижче показано тенденцію похибки SOC, коли повна ємність заряду переоцінена або занижена.
Малюнок 11. Тенденція похибки, коли ємність повного заряду переоцінена або занижена
Час публікації: 15 лютого 2023 р