Теоријата на полнење и празнење на литиум и метод за пресметување на електрична енергија (2)

Теоријата на полнење и празнење на литиум и метод за пресметување на електрична енергија

2. Вовед во мерачот на батерии

2.1 Функција воведување на мерач на електрична енергија

Управувањето со батериите може да се смета како дел од управувањето со енергијата.Во управувањето со батеријата, мерачот на електрична енергија е одговорен за проценка на капацитетот на батеријата.Неговата основна функција е да го следи напонот, струјата на полнење/празнење и температурата на батеријата и да ја процени состојбата на полнење (SOC) и капацитетот за целосно полнење (FCC) на батеријата.Постојат два типични методи за проценка на состојбата на полнење на батеријата: метод на напон на отворено коло (OCV) и кулометриски метод.Другиот метод е алгоритам за динамички напон дизајниран од RICHTEK.

2.2 Метод на напон на отворено коло

Лесно е да се реализира мерачот на електрична енергија со користење на методот на напон на отворено коло, кој може да се добие со проверка на соодветната состојба на полнење на напонот на отворено коло.Напонот на отворено коло се претпоставува дека е напонот на терминалот на батеријата кога батеријата мирува повеќе од 30 минути.

Кривата на напонот на батеријата ќе се разликува со различно оптоварување, температура и стареење на батеријата.Затоа, фиксниот волтметар со отворено коло не може целосно да ја претстави состојбата на полнење;Работната состојба не може да се процени само со барање на табелата.Со други зборови, ако состојбата на полнење се проценува само со гледање на табелата, грешката ќе биде голема.

Сликата подолу покажува дека состојбата на полнење (SOC) на истиот напон на батеријата е многу различна со методот на напон на отворено коло при полнење и празнење.

Слика 5. Напон на батеријата во услови на полнење и празнење

Од сликата подолу може да се види дека состојбата на полнење варира многу при различни оптоварувања за време на празнењето.Значи, во основа, методот на напон на отворено коло е погоден само за системи кои бараат мала точност на состојбата на полнење, како што се автомобилите што користат оловни батерии или непрекинато напојување.

Слика 6. Напон на батеријата при различни оптоварувања при празнење

2.3 Кулометриски метод

Принципот на работа на кулометријата е да се поврзе отпорник за откривање на патеката за полнење/празнење на батеријата.ADC го мери напонот на отпорот за откривање и го претвора во тековната вредност на батеријата што се полни или празне.Бројачот во реално време (RTC) може да ја интегрира моменталната вредност со времето за да знае колку кулони течат.

Слика 7. Основен режим на работа на методот на мерење на кулон

Кулометрискиот метод може точно да ја пресмета состојбата на полнење во реално време за време на полнење или празнење.Со кулон бројачот на полнење и бројачот за празнење, може да го пресмета преостанатиот електричен капацитет (RM) и капацитетот за целосно полнење (FCC).Во исто време, преостанатиот капацитет на полнење (RM) и капацитетот за целосно полнење (FCC) исто така може да се користат за пресметување на состојбата на полнење (SOC=RM/FCC).Дополнително, може да го процени и преостанатото време, како што е исцрпување на моќноста (TTE) и полнота моќност (TTF).

Слика 8. Формула за пресметка на методот на кулон

Постојат два главни фактори кои предизвикуваат отстапување на точноста на куломската метрологија.Првата е акумулација на офсет грешка при мерењето на струјата и ADC.Иако грешката во мерењето е релативно мала со сегашната технологија, ако не постои добар метод за нејзино отстранување, грешката ќе се зголемува со текот на времето.Сликата подолу покажува дека при практична примена, доколку нема корекција на времетраењето, акумулираната грешка е неограничена.

Слика 9. Кумулативна грешка на методот на кулон

Со цел да се елиминира акумулираната грешка, постојат три можни временски точки во нормалното работење на батеријата: крај на полнење (EOC), крај на празнење (EOD) и одмор (Опуштете се).Батеријата е целосно наполнета и состојбата на полнење (SOC) треба да биде 100% кога ќе се достигне крајната состојба на полнењето.Условот за крај на празнење значи дека батеријата е целосно испразнета и состојбата на полнење (SOC) треба да биде 0%;Може да биде апсолутна вредност на напонот или да се менува со оптоварувањето.Кога ќе дојдете во мирување, батеријата не се полни, ниту се испразнува и останува во оваа состојба долго време.Ако корисникот сака да ја користи состојбата на мирување на батеријата за да ја поправи грешката на кулометрискиот метод, тој мора да користи волтметар со отворено коло во овој момент.Сликата подолу покажува дека грешката на состојбата на полнење под горенаведените услови може да се коригира.

Слика 10. Услови за елиминирање на кумулативната грешка на кулометрискиот метод

Вториот главен фактор што предизвикува отстапување на точноста на методот на мерење на кулон е грешката со целосно полнење (FCC), што е разликата помеѓу дизајнерскиот капацитет на батеријата и реалниот капацитет за целосно полнење на батеријата.Капацитетот за целосно полнење (FCC) ќе биде под влијание на температурата, стареењето, оптоварувањето и други фактори.Затоа, методот на повторно учење и компензација на целосно наполнет капацитет е многу важен за кулометрискиот метод.Сликата подолу го покажува трендот на грешка на SOC кога капацитетот на целосниот полнеж е преценет и потценет.

Слика 11. Тренд на грешка кога капацитетот за целосно полнење е преценет и потценет