Теорија литијумског пуњења и пражњења и дизајн методе прорачуна електричне енергије
2. Увод у мерач батерије
2.1 Увођење функције бројила електричне енергије
Управљање батеријом се може сматрати делом управљања напајањем.У управљању батеријама, мерач електричне енергије је одговоран за процену капацитета батерије.Његова основна функција је праћење напона, струје пуњења/пражњења и температуре батерије, као и процена стања напуњености (СОЦ) и пуног капацитета пуњења (ФЦЦ) батерије.Постоје две типичне методе за процену стања напуњености батерије: метода напона отвореног кола (ОЦВ) и кулометријска метода.Други метод је алгоритам динамичког напона који је дизајнирао РИЦҺТЕК.
2.2 Метода напона отвореног кола
Мерило електричне енергије је лако реализовати методом напона отвореног кола, што се може добити провером одговарајућег стања напуњености напона отвореног кола.Претпоставља се да је напон отвореног кола напон терминала батерије када батерија мирује дуже од 30 минута.
Крива напона батерије ће варирати са различитим оптерећењем, температуром и старењем батерије.Стога, фиксни волтметар отвореног кола не може у потпуности да представи стање наелектрисања;Стање напуњености се не може проценити само тражењем табеле.Другим речима, ако се стање напуњености процени само гледањем у табелу, грешка ће бити велика.
Слика испод показује да се стање напуњености (СОЦ) истог напона батерије веома разликује по методи напона отвореног кола при пуњењу и пражњењу.
Слика 5. Напон батерије у условима пуњења и пражњења
На слици испод се може видети да стање напуњености у великој мери варира под различитим оптерећењима током пражњења.Дакле, у основи, метода напона отвореног кола је погодна само за системе који заһтевају ниску тачност стања напуњености, као што су аутомобили који користе оловне батерије или непрекидна напајања.
Слика 6. Напон батерије под различитим оптерећењима током пражњења
2.3 Кулометријска метода
Принцип рада кулометрије је повезивање отпорника за детекцију на путу пуњења/пражњења батерије.АДЦ мери напон на отпору детекције и претвара га у тренутну вредност батерије која се пуни или празни.Бројач у реалном времену (РТЦ) може интегрисати тренутну вредност са временом да би знао колико кулона тече.
Слика 7. Основни режим рада кулонске методе мерења
Кулометријска метода може прецизно израчунати стање напуњености у реалном времену током пуњења или пражњења.Са бројачем кулона пуњења и кулонским бројачем пражњења, може израчунати преостали електрични капацитет (РМ) и пуни капацитет пуњења (ФЦЦ).У исто време, преостали капацитет пуњења (РМ) и пуни капацитет пуњења (ФЦЦ) се такође могу користити за израчунавање стања напуњености (СОЦ=РМ/ФЦЦ).Поред тога, може да процени и преостало време, као што је исцрпљивање снаге (ТТЕ) и пуна снага (ТТФ).
Слика 8. Прорачунска формула кулонове методе
Два су главна фактора који узрокују одступање тачности кулонове метрологије.Први је акумулација грешке офсета у сенсингу струје и АДЦ мерењу.Иако је грешка мерења релативно мала са тренутном теһнологијом, ако не постоји добар метод да се она елиминише, грешка ће се временом повећавати.Слика испод показује да је у практичној примени, ако нема корекције у временском трајању, акумулирана грешка неограничена.
Слика 9. Кумулативна грешка кулонове методе
Да би се елиминисала акумулирана грешка, постоје три могуће временске тачке у нормалном раду батерије: крај пуњења (ЕОЦ), крај пражњења (ЕОД) и мировање (Релак).Батерија је потпуно напуњена и стање напуњености (СОЦ) би требало да буде 100% када се достигне стање краја пуњења.Услов краја пражњења значи да је батерија потпуно испражњена и да би стање напуњености (СОЦ) требало да буде 0%;То може бити апсолутна вредност напона или промена са оптерећењем.Када дође до стања мировања, батерија се не пуни нити празни, и остаје у овом стању дуго времена.Ако корисник жели да користи стање мировања батерије да исправи грешку кулометријске методе, у овом тренутку мора да користи волтметар отвореног кола.Слика испод показује да се грешка стања напуњености под горе наведеним условима може исправити.
Слика 10. Услови за отклањање кумулативне грешке кулометријске методе
Други главни фактор који узрокује одступање тачности методе кулонског мерења је грешка пуног капацитета пуњења (ФЦЦ), која је разлика између пројектованог капацитета батерије и стварног капацитета пуног пуњења батерије.На пуни капацитет пуњења (ФЦЦ) ће утицати температура, старење, оптерећење и други фактори.Стога је метода поновног учења и компензације потпуно напуњеног капацитета веома важна за кулометријску методу.На слици испод приказан је тренд СОЦ грешке када је пун капацитет пуњења прецењен и потцењен.
Слика 11. Тренд грешке када је пун капацитет пуњења прецењен и потцењен
Време поста: 15. фебруар 2023