Teoria încărcării și descărcării cu litiu și proiectarea metodei de calcul a energiei electrice
2. Introducere în contorul bateriei
2.1 Introducerea funcției de contor de energie electrică
Gestionarea bateriei poate fi considerată ca parte a gestionării energiei.În gestionarea bateriei, contorul de energie electrică este responsabil pentru estimarea capacității bateriei.Funcția sa de bază este de a monitoriza tensiunea, curentul de încărcare/descărcare și temperatura bateriei și de a estima starea de încărcare (SOC) și capacitatea de încărcare completă (FCC) a bateriei.Există două metode tipice pentru a estima starea de încărcare a bateriei: metoda tensiunii în circuit deschis (OCV) și metoda coulometrică.Cealaltă metodă este algoritmul de tensiune dinamică proiectat de RICHTEK.
2.2 Metoda tensiunii în circuit deschis
Este ușor de realizat contorul de electricitate folosind metoda tensiunii în circuit deschis, care poate fi obținută prin verificarea stării de încărcare corespunzătoare a tensiunii în circuit deschis.Tensiunea în circuit deschis se presupune a fi tensiunea la borna bateriei atunci când bateria sta în repaus mai mult de 30 de minute.
Curba tensiunii bateriei va varia în funcție de sarcină, temperatură și învechire a bateriei.Prin urmare, un voltmetru fix cu circuit deschis nu poate reprezenta pe deplin starea de încărcare;Starea de taxare nu poate fi estimată doar prin căutarea tabelului.Cu alte cuvinte, dacă starea de încărcare este estimată doar prin căutarea tabelului, eroarea va fi mare.
Figura de mai jos arată că starea de încărcare (SOC) a aceleiași tensiuni a bateriei este foarte diferită prin metoda tensiunii în circuit deschis la încărcare și descărcare.
Figura 5. Tensiunea bateriei în condiții de încărcare și descărcare
Din figura de mai jos se poate observa că starea de încărcare variază foarte mult sub diferite sarcini în timpul descărcării.Deci, practic, metoda tensiunii în circuit deschis este potrivită doar pentru sistemele care necesită o precizie scăzută a stării de încărcare, cum ar fi mașinile care folosesc baterii cu plumb-acid sau surse de alimentare neîntreruptibile.
Figura 6. Tensiunea bateriei la diferite sarcini în timpul descărcării
2.3 Metoda coulometrică
Principiul de funcționare al coulometriei este conectarea unui rezistor de detecție pe calea de încărcare/descărcare a bateriei.ADC măsoară tensiunea de pe rezistența de detectare și o convertește în valoarea curentă a bateriei care se încarcă sau se descarcă.Contorul în timp real (RTC) poate integra valoarea curentă cu timpul pentru a ști câți coulombii curg.
Figura 7. Modul de lucru de bază al metodei de măsurare a coulombului
Metoda coulometrică poate calcula cu precizie starea de încărcare în timp real în timpul încărcării sau descărcării.Cu contorul de coulomb de încărcare și contorul de coulomb de descărcare, se poate calcula capacitatea electrică reziduală (RM) și capacitatea completă de încărcare (FCC).În același timp, capacitatea de încărcare rămasă (RM) și capacitatea de încărcare completă (FCC) pot fi, de asemenea, utilizate pentru a calcula starea de încărcare (SOC=RM/FCC).În plus, poate estima și timpul rămas, cum ar fi epuizarea puterii (TTE) și puterea plină (TTF).
Figura 8. Formula de calcul a metodei coulomb
Există doi factori principali care cauzează abaterea preciziei metrologiei coulomb.Prima este acumularea erorii de compensare în detectarea curentului și măsurarea ADC.Deși eroarea de măsurare este relativ mică cu tehnologia actuală, dacă nu există o metodă bună de a o elimina, eroarea va crește cu timpul.Figura de mai jos arată că în aplicarea practică, dacă nu există nicio corecție în durata de timp, eroarea acumulată este nelimitată.
Figura 9. Eroarea cumulativă a metodei coulomb
Pentru a elimina eroarea acumulată, există trei momente posibile în funcționarea normală a bateriei: sfârșitul încărcării (EOC), sfârșitul descărcării (EOD) și odihnă (Relax).Bateria este complet încărcată, iar starea de încărcare (SOC) ar trebui să fie de 100% când este atinsă starea de sfârșit de încărcare.Condiția finală de descărcare înseamnă că bateria a fost complet descărcată și starea de încărcare (SOC) ar trebui să fie 0%;Poate fi o valoare absolută a tensiunii sau poate fi modificată cu sarcina.Când ajunge în starea de repaus, bateria nu este nici încărcată, nici descărcată și rămâne în această stare mult timp.Dacă utilizatorul dorește să folosească starea de repaus a bateriei pentru a corecta eroarea metodei coulometrice, trebuie să folosească un voltmetru cu circuit deschis în acest moment.Figura de mai jos arată că starea de eroare de încărcare în condițiile de mai sus poate fi corectată.
Figura 10. Condiții pentru eliminarea erorii cumulate a metodei coulometrice
Al doilea factor principal care cauzează abaterea acurateței metodei de măsurare a coulombului este eroarea capacității de încărcare completă (FCC), care este diferența dintre capacitatea de proiectare a bateriei și capacitatea reală de încărcare completă a bateriei.Capacitatea de încărcare completă (FCC) va fi afectată de temperatură, îmbătrânire, încărcare și alți factori.Prin urmare, metoda de reînvățare și compensare a capacității complet încărcate este foarte importantă pentru metoda coulometrică.Figura de mai jos arată tendința erorii SOC atunci când capacitatea completă de încărcare este supraestimată și subestimată.
Figura 11. Tendința de eroare atunci când capacitatea de încărcare completă este supraestimată și subestimată
Ora postării: 15-feb-2023