Teorien om lithiumladning og -afladning & design af elektricitetsberegningsmetode
2. Introduktion til batterimåler
2.1 Funktionsindførelse af elmåler
Batteristyring kan betragtes som en del af strømstyring.I batteristyring er elmåleren ansvarlig for at estimere batterikapaciteten.Dens grundlæggende funktion er at overvåge spændingen, lade-/afladningsstrømmen og batteritemperaturen og estimere ladetilstanden (SOC) og den fulde ladekapacitet (FCC) af batteriet.Der er to typiske metoder til at estimere batteriets ladetilstand: åben kredsløbsspændingsmetode (OCV) og coulometrisk metode.Den anden metode er den dynamiske spændingsalgoritme designet af RICHTEK.
2.2 Åben kredsløbsspændingsmetode
Det er nemt at realisere elmåleren ved hjælp af åben kredsløbsspændingsmetoden, som kan opnås ved at kontrollere den tilsvarende ladetilstand for åben kredsløbsspændingen.Den åbne kredsløbsspænding antages at være batteripolspændingen, når batteriet hviler i mere end 30 minutter.
Batterispændingskurven vil variere med forskellig belastning, temperatur og batteriets aldring.Derfor kan et fast åbent kredsløb voltmeter ikke fuldt ud repræsentere ladningstilstanden;Ladningstilstand kan ikke estimeres ved at slå op i tabellen alene.Med andre ord, hvis ladetilstanden kun estimeres ved at slå op i tabellen, vil fejlen være stor.
Figuren nedenfor viser, at ladetilstanden (SOC) for den samme batterispænding er meget forskellig ved tomgangsspændingsmetoden under opladning og afladning.
Figur 5. Batterispænding under opladnings- og afladningsforhold
Det ses af nedenstående figur, at ladetilstanden varierer meget under forskellige belastninger under afladning.Så dybest set er åben kredsløbsspændingsmetoden kun egnet til systemer, der kræver lav nøjagtighed af ladetilstanden, såsom biler, der bruger bly-syre-batterier eller uafbrydelige strømforsyninger.
Figur 6. Batterispænding under forskellige belastninger under afladning
2.3 Coulometrisk metode
Funktionsprincippet for coulometri er at tilslutte en detekteringsmodstand på batteriets opladnings-/afladningsvej.ADC måler spændingen på detekteringsmodstanden og konverterer den til den aktuelle værdi af batteriet, der oplades eller aflades.Realtidstælleren (RTC) kan integrere den aktuelle værdi med tiden for at vide, hvor mange coulombs der flyder.
Figur 7. Grundlæggende arbejdsmetode for coulomb-målemetode
Coulometrisk metode kan nøjagtigt beregne opladningstilstanden i realtid under opladning eller afladning.Med ladnings-coulomb-tælleren og afladnings-coulomb-tælleren kan den beregne den resterende elektriske kapacitet (RM) og den fulde ladekapacitet (FCC).Samtidig kan den resterende ladekapacitet (RM) og den fulde ladekapacitet (FCC) også bruges til at beregne ladetilstanden (SOC=RM/FCC).Derudover kan den også estimere den resterende tid, såsom power exhaustion (TTE) og power fullness (TTF).
Figur 8. Beregningsformel for coulomb-metoden
Der er to hovedfaktorer, der forårsager nøjagtighedsafvigelsen af coulomb-metrologi.Den første er akkumuleringen af offset-fejl i strømregistrering og ADC-måling.Selvom målefejlen er relativt lille med den nuværende teknologi, vil fejlen stige med tiden, hvis der ikke er en god metode til at eliminere den.Figuren nedenfor viser, at i praktisk anvendelse, hvis der ikke er nogen korrektion i varigheden, er den akkumulerede fejl ubegrænset.
Figur 9. Kumulativ fejl i coulomb-metoden
For at eliminere den akkumulerede fejl er der tre mulige tidspunkter i normal batteridrift: slut på opladning (EOC), slut på afladning (EOD) og hvile (afslapning).Batteriet er fuldt opladet, og ladetilstanden (SOC) bør være 100 %, når opladningssluttilstanden er nået.Sluttilstanden for afladning betyder, at batteriet er blevet fuldstændig afladet, og ladetilstanden (SOC) skal være 0 %;Det kan være en absolut spændingsværdi eller ændre sig med belastningen.Når man når hviletilstanden, er batteriet hverken opladet eller afladet, og det forbliver i denne tilstand i lang tid.Hvis brugeren ønsker at bruge batteriets hviletilstand til at rette fejlen i den coulometriske metode, skal han bruge et åbent kredsløbsvoltmeter på dette tidspunkt.Nedenstående figur viser, at ladetilstandsfejlen under ovenstående forhold kan rettes.
Figur 10. Betingelser for at eliminere den kumulative fejl ved den coulometriske metode
Den anden hovedfaktor, der forårsager nøjagtighedsafvigelsen af coulomb-målemetoden, er fejlen fuld opladningskapacitet (FCC), som er forskellen mellem batteriets designkapacitet og batteriets reelle fulde opladningskapacitet.Fuld ladekapacitet (FCC) vil blive påvirket af temperatur, aldring, belastning og andre faktorer.Derfor er genlærings- og kompensationsmetoden med fuldt opladet kapacitet meget vigtig for den coulometriske metode.Figuren nedenfor viser tendensen for SOC-fejl, når den fulde ladekapacitet er overvurderet og undervurderet.
Figur 11. Fejltendens, når fuld ladekapacitet er overvurderet og undervurderet
Indlægstid: 15-feb-2023