Teorin om litiumladdning och urladdning & design av elberäkningsmetod
2. Introduktion till batterimätare
2.1 Funktionsinförande av elmätare
Batterihantering kan betraktas som en del av energihantering.Inom batterihantering är det elmätaren som ansvarar för att uppskatta batterikapaciteten.Dess grundläggande funktion är att övervaka spänningen, laddnings-/urladdningsströmmen och batteritemperaturen samt uppskatta laddningstillståndet (SOC) och batteriets fulla laddningskapacitet (FCC).Det finns två typiska metoder för att uppskatta batteriets laddningstillstånd: öppen kretsspänningsmetod (OCV) och coulometrisk metod.Den andra metoden är den dynamiska spänningsalgoritmen designad av RICHTEK.
2.2 Metod för öppen spänning
Det är lätt att realisera elmätaren med öppen kretsspänningsmetoden, som kan erhållas genom att kontrollera motsvarande laddningstillstånd för öppen kretsspänningen.Den öppna kretsspänningen antas vara batteripolspänningen när batteriet vilar i mer än 30 minuter.
Batterispänningskurvan kommer att variera med olika belastning, temperatur och batteriåldring.Därför kan en fast voltmeter med öppen krets inte helt representera laddningstillståndet;Laddningsläget kan inte uppskattas enbart genom att slå upp tabellen.Med andra ord, om laddningstillståndet uppskattas endast genom att slå upp tabellen blir felet stort.
Figuren nedan visar att laddningstillståndet (SOC) för samma batterispänning skiljer sig mycket med öppen kretsspänningsmetoden under laddning och urladdning.
Figur 5. Batterispänning under laddnings- och urladdningsförhållanden
Det framgår av figuren nedan att laddningstillståndet varierar mycket under olika belastningar under urladdning.Så i grund och botten är öppen kretsspänningsmetoden endast lämplig för system som kräver låg noggrannhet i laddningstillståndet, såsom bilar som använder blybatterier eller avbrottsfri strömförsörjning.
Figur 6. Batterispänning under olika belastningar under urladdning
2.3 Coulometrisk metod
Funktionsprincipen för coulometri är att ansluta ett detekteringsmotstånd på batteriets laddnings-/urladdningsväg.ADC mäter spänningen på detekteringsresistansen och omvandlar den till strömvärdet för batteriet som laddas eller laddas ur.Realtidsräknaren (RTC) kan integrera det aktuella värdet med tiden för att veta hur många coulombs som flödar.
Figur 7. Grundläggande arbetssätt för Coulomb-mätmetoden
Coulometric metod kan noggrant beräkna laddningstillståndet i realtid under laddning eller urladdning.Med laddnings-coulomb-räknaren och urladdnings-coulomb-räknaren kan den beräkna den återstående elektriska kapaciteten (RM) och den fulla laddningskapaciteten (FCC).Samtidigt kan den återstående laddningskapaciteten (RM) och den fulla laddningskapaciteten (FCC) också användas för att beräkna laddningstillståndet (SOC=RM/FCC).Dessutom kan den också uppskatta den återstående tiden, såsom kraftutmattning (TTE) och kraftfullhet (TTF).
Figur 8. Beräkningsformel för coulombmetoden
Det finns två huvudfaktorer som orsakar noggrannhetsavvikelsen för coulomb-metrologi.Den första är ackumuleringen av offsetfel vid strömavkänning och ADC-mätning.Även om mätfelet är relativt litet med nuvarande teknik, om det inte finns någon bra metod för att eliminera det kommer felet att öka med tiden.Figuren nedan visar att i praktisk tillämpning, om det inte finns någon korrigering i tidslängden, är det ackumulerade felet obegränsat.
Figur 9. Kumulativt fel av coulomb-metoden
För att eliminera det ackumulerade felet finns det tre möjliga tidpunkter vid normal batteridrift: slut på laddning (EOC), slut på urladdning (EOD) och vila (relax).Batteriet är fulladdat och laddningstillståndet (SOC) bör vara 100 % när laddningssluttillståndet uppnås.Sluttillståndet för urladdning betyder att batteriet har laddats ur helt och att laddningstillståndet (SOC) bör vara 0 %;Det kan vara ett absolut spänningsvärde eller ändras med belastningen.När du når vilotillståndet är batteriet varken laddat eller urladdat, och det förblir i detta tillstånd under lång tid.Om användaren vill använda batteriets vilotillstånd för att korrigera felet i den kulometriska metoden, måste han använda en voltmeter med öppen krets vid denna tidpunkt.Figuren nedan visar att laddningstillståndsfelet under ovanstående förhållanden kan korrigeras.
Figur 10. Villkor för att eliminera det kumulativa felet i den kulometriska metoden
Den andra huvudfaktorn som orsakar noggrannhetsavvikelsen för coulomb-mätmetoden är felet för full laddningskapacitet (FCC), vilket är skillnaden mellan batteriets designkapacitet och batteriets verkliga fullladdningskapacitet.Full laddningskapacitet (FCC) kommer att påverkas av temperatur, åldring, belastning och andra faktorer.Därför är ominlärnings- och kompensationsmetoden för fulladdad kapacitet mycket viktig för den kulometriska metoden.Figuren nedan visar trenden för SOC-fel när den fulla laddningskapaciteten är över- och underskattad.
Figur 11. Feltrend när full laddningskapacitet är över- och underskattad
Posttid: 2023-02-15