Teorien om litiumladning og -utladning og utformingen av elektrisitetsberegningsmetode(2)

Teorien om litiumladning og -utladning og utformingen av elektrisitetsberegningsmetode

2. Introduksjon til batterimåler

2.1 Funksjonsinnføring av elmåler

Batteristyring kan betraktes som en del av strømstyring.I batteristyring er strømmåleren ansvarlig for å estimere batterikapasiteten.Dens grunnleggende funksjon er å overvåke spenningen, lade-/utladningsstrømmen og batteritemperaturen, og estimere ladetilstanden (SOC) og full ladekapasitet (FCC) til batteriet.Det er to typiske metoder for å estimere ladetilstanden til batteriet: åpen kretsspenningsmetode (OCV) og kulometrisk metode.Den andre metoden er den dynamiske spenningsalgoritmen designet av RICHTEK.

2.2 Åpen kretsspenningsmetode

Det er enkelt å realisere strømmåleren ved å bruke åpen kretsspenningsmetoden, som kan oppnås ved å kontrollere den tilsvarende ladetilstanden til åpen kretsspenning.Åpenkretsspenningen antas å være batteripolspenningen når batteriet hviler i mer enn 30 minutter.

Batterispenningskurven vil variere med forskjellig belastning, temperatur og batterialdring.Derfor kan et fast voltmeter med åpen krets ikke fullt ut representere ladetilstanden;Ladningstilstand kan ikke estimeres ved å slå opp i tabellen alene.Med andre ord, hvis ladetilstanden kun estimeres ved å slå opp i tabellen, vil feilen være stor.

Figuren nedenfor viser at ladetilstanden (SOC) for samme batterispenning er svært forskjellig ved åpen kretsspenningsmetoden under lading og utlading.

Figur 5. Batterispenning under lade- og utladingsforhold

Det kan ses av figuren under at ladetilstanden varierer mye under ulike belastninger under utladning.Så i utgangspunktet er åpen kretsspenningsmetoden bare egnet for systemer som krever lav nøyaktighet av ladetilstanden, for eksempel biler som bruker bly-syre-batterier eller avbruddsfri strømforsyning.

Figur 6. Batterispenning under ulik belastning under utlading

2.3 Coulometrisk metode

Driftsprinsippet for kulometri er å koble en deteksjonsmotstand på lade-/utladingsbanen til batteriet.ADC måler spenningen på deteksjonsmotstanden og konverterer den til strømverdien til batteriet som lades eller utlades.Sanntidstelleren (RTC) kan integrere gjeldende verdi med tiden for å vite hvor mange coulombs som flyter.

Figur 7. Grunnleggende arbeidsmodus for coulomb målemetode

Coulometric metode kan nøyaktig beregne sanntidstilstanden for lading under lading eller utlading.Med ladnings-coulomb-telleren og utladnings-coulomb-telleren kan den beregne gjenværende elektrisk kapasitet (RM) og full ladekapasitet (FCC).Samtidig kan gjenværende ladekapasitet (RM) og full ladekapasitet (FCC) også brukes til å beregne ladetilstanden (SOC=RM/FCC).I tillegg kan den også estimere gjenværende tid, for eksempel kraftutmattelse (TTE) og kraftfullhet (TTF).

Figur 8. Beregningsformel for coulomb-metoden

Det er to hovedfaktorer som forårsaker nøyaktighetsavviket til coulomb-metrologi.Den første er akkumuleringen av forskyvningsfeil i strømføling og ADC-måling.Selv om målefeilen er relativt liten med dagens teknologi, vil feilen øke med tiden hvis det ikke finnes noen god metode for å eliminere den.Figuren nedenfor viser at i praktisk anvendelse, hvis det ikke er noen korreksjon i tidsvarigheten, er den akkumulerte feilen ubegrenset.

Figur 9. Kumulativ feil ved coulomb-metoden

For å eliminere den akkumulerte feilen, er det tre mulige tidspunkter ved normal batteridrift: slutt på lading (EOC), slutt på utladning (EOD) og hvile (Relax).Batteriet er fulladet, og ladetilstanden (SOC) bør være 100 % når slutttilstanden for lading er nådd.Slutttilstanden for utlading betyr at batteriet er fullstendig utladet og ladetilstanden (SOC) bør være 0 %;Det kan være en absolutt spenningsverdi eller endres med belastningen.Når du når hviletilstanden, blir batteriet verken ladet eller utladet, og det forblir i denne tilstanden i lang tid.Hvis brukeren ønsker å bruke hviletilstanden til batteriet for å korrigere feilen i den kulometriske metoden, må han bruke et åpent kretsvoltmeter på dette tidspunktet.Figuren nedenfor viser at ladetilstandsfeilen under forholdene ovenfor kan korrigeres.

Figur 10. Betingelser for å eliminere den kumulative feilen ved kulometrisk metode

Den andre hovedfaktoren som forårsaker nøyaktighetsavviket til coulomb-målemetoden er feilen for full ladekapasitet (FCC), som er forskjellen mellom designkapasiteten til batteriet og den reelle fulladekapasiteten til batteriet.Full ladekapasitet (FCC) vil bli påvirket av temperatur, aldring, belastning og andre faktorer.Derfor er gjenlærings- og kompensasjonsmetoden for fulladet kapasitet svært viktig for den kulometriske metoden.Figuren nedenfor viser trenden for SOC-feil når full ladekapasitet er overvurdert og undervurdert.

Figur 11. Feiltrend når full ladekapasitet er overvurdert og undervurdert