Teória nabíjania a vybíjania lítia a návrh metódy výpočtu elektriny
2. Úvod do merača batérie
2.1 Zavedenie funkcie elektromera
Správa batérie môže byť považovaná za súčasť správy napájania.V správe batérie je elektromer zodpovedný za odhad kapacity batérie.Jeho základnou funkciou je sledovanie napätia, nabíjacieho/vybíjacieho prúdu a teploty batérie a odhad stavu nabitia (SOC) a kapacity plného nabitia (FCC) batérie.Existujú dva typické spôsoby odhadu stavu nabitia batérie: metóda otvoreného napätia (OCV) a coulometrická metóda.Druhou metódou je dynamický napäťový algoritmus navrhnutý RICHTEKOM.
2.2 Metóda napätia naprázdno
Je ľahké realizovať elektromer metódou napätia naprázdno, ktorú je možné získať kontrolou zodpovedajúceho stavu nabitia napätia naprázdno.Za napätie naprázdno sa považuje napätie na svorke batérie, keď je batéria v kľude dlhšie ako 30 minút.
Krivka napätia batérie sa bude meniť s rôznym zaťažením, teplotou a starnutím batérie.Preto pevný voltmeter s otvoreným obvodom nemôže plne reprezentovať stav nabitia;Stav nabitia nie je možné odhadnúť iba pohľadom na tabuľku.Inými slovami, ak sa stav nabitia odhadne iba pohľadom do tabuľky, chyba bude veľká.
Obrázok nižšie ukazuje, že stav nabitia (SOC) rovnakého napätia batérie je veľmi odlišný pri metóde napätia naprázdno pri nabíjaní a vybíjaní.
Obrázok 5. Napätie batérie v podmienkach nabíjania a vybíjania
Z obrázku nižšie je vidieť, že stav nabitia sa pri rôznych zaťaženiach počas vybíjania značne líši.V zásade je teda metóda otvoreného napätia vhodná len pre systémy, ktoré vyžadujú nízku presnosť stavu nabitia, ako sú autá používajúce olovené batérie alebo neprerušiteľné zdroje napájania.
Obrázok 6. Napätie batérie pri rôznom zaťažení počas vybíjania
2.3 Coulometrická metóda
Princíp činnosti coulometrie spočíva v pripojení detekčného odporu na dráhu nabíjania/vybíjania batérie.ADC meria napätie na detekčnom odpore a prevádza ho na aktuálnu hodnotu nabíjanej alebo vybíjanej batérie.Počítadlo v reálnom čase (RTC) dokáže integrovať aktuálnu hodnotu s časom, aby vedelo, koľko coulombov tečie.
Obrázok 7. Základný pracovný režim coulombovej metódy merania
Coulometrická metóda dokáže presne vypočítať stav nabitia v reálnom čase počas nabíjania alebo vybíjania.Pomocou počítadla coulombov náboja a počítadla coulombov vybíjania dokáže vypočítať zvyškovú elektrickú kapacitu (RM) a kapacitu plného nabitia (FCC).Súčasne možno na výpočet stavu nabitia (SOC=RM/FCC) použiť aj zostávajúcu kapacitu nabitia (RM) a kapacitu plného nabitia (FCC).Okrem toho dokáže odhadnúť aj zostávajúci čas, napríklad vyčerpanie výkonu (TTE) a plnosť výkonu (TTF).
Obrázok 8. Výpočtový vzorec coulombovej metódy
Existujú dva hlavné faktory, ktoré spôsobujú odchýlku presnosti coulombovej metrológie.Prvým je akumulácia chyby posunu pri snímaní prúdu a meraní ADC.Hoci je chyba merania pri súčasnej technológii relatívne malá, ak neexistuje dobrá metóda na jej odstránenie, chyba sa časom zvýši.Obrázok nižšie ukazuje, že v praktickej aplikácii, ak nedôjde ku korekcii doby trvania, akumulovaná chyba je neobmedzená.
Obrázok 9. Kumulatívna chyba coulombovej metódy
Aby sa eliminovala nahromadená chyba, existujú tri možné časové body pri normálnej prevádzke batérie: koniec nabíjania (EOC), koniec vybitia (EOD) a pokoj (relax).Batéria je plne nabitá a stav nabitia (SOC) by mal byť 100 %, keď sa dosiahne stav konca nabíjania.Stav konca vybitia znamená, že batéria bola úplne vybitá a stav nabitia (SOC) by mal byť 0 %;Môže to byť absolútna hodnota napätia alebo sa môže meniť so záťažou.Pri dosiahnutí pokojového stavu sa batéria nenabíja ani nevybíja a v tomto stave zostáva dlhú dobu.Ak chce užívateľ využiť pokojový stav batérie na opravu chyby coulometrickej metódy, musí v tomto čase použiť voltmeter s otvoreným obvodom.Obrázok nižšie ukazuje, že stav chyby nabitia za vyššie uvedených podmienok je možné opraviť.
Obrázok 10. Podmienky na odstránenie kumulatívnej chyby coulometrickej metódy
Druhým hlavným faktorom, ktorý spôsobuje odchýlku presnosti coulombovej metódy merania, je chyba plnej kapacity nabitia (FCC), čo je rozdiel medzi konštrukčnou kapacitou batérie a skutočnou kapacitou úplného nabitia batérie.Kapacita plného nabitia (FCC) bude ovplyvnená teplotou, starnutím, zaťažením a ďalšími faktormi.Preto je pre coulometrickú metódu veľmi dôležitá metóda preučenia a kompenzácie plne nabitej kapacity.Obrázok nižšie ukazuje trend chyby SOC, keď je kapacita plného nabitia nadhodnotená a podhodnotená.
Obrázok 11. Chybový trend, keď je kapacita plného nabitia nadhodnotená a podhodnotená
Čas odoslania: 15. február 2023