Teorija punjenja i pražnjenja litija i dizajn metode proračuna električne energije
2. Uvod u mjerač baterije
2.1 Uvođenje funkcije brojila električne energije
Upravljanje baterijom se može smatrati dijelom upravljanja energijom.U upravljanju baterijama, mjerač električne energije odgovoran je za procjenu kapaciteta baterije.Njegova osnovna funkcija je praćenje napona, struje punjenja/pražnjenja i temperature baterije, te procjena stanja napunjenosti (SOC) i punog kapaciteta punjenja (FCC) baterije.Postoje dvije tipične metode za procjenu stanja napunjenosti baterije: metoda napona otvorenog kruga (OCV) i kulometrijska metoda.Druga metoda je algoritam dinamičkog napona koji je dizajnirao RICHTEK.
2.2 Metoda napona otvorenog kola
Brojilo električne energije je lako realizovati metodom napona otvorenog kola, što se može dobiti provjerom odgovarajućeg stanja napunjenosti napona otvorenog kola.Pretpostavlja se da je napon otvorenog kruga napon terminala baterije kada baterija miruje duže od 30 minuta.
Kriva napona baterije će varirati s različitim opterećenjem, temperaturom i starenjem baterije.Stoga, fiksni voltmetar otvorenog kruga ne može u potpunosti prikazati stanje napunjenosti;Stanje napunjenosti ne može se procijeniti samo traženjem tabele.Drugim riječima, ako se stanje napunjenosti procijeni samo traženjem tabele, greška će biti velika.
Slika ispod pokazuje da se stanje napunjenosti (SOC) istog napona baterije veoma razlikuje po metodi napona otvorenog kruga pri punjenju i pražnjenju.
Slika 5. Napon baterije u uvjetima punjenja i pražnjenja
Na donjoj slici se može vidjeti da stanje napunjenosti uvelike varira pod različitim opterećenjima tokom pražnjenja.Dakle, u osnovi, metoda napona otvorenog kruga je prikladna samo za sisteme koji zahtijevaju nisku preciznost stanja napunjenosti, kao što su automobili koji koriste olovne baterije ili neprekidna napajanja.
Slika 6. Napon baterije pod različitim opterećenjima tokom pražnjenja
2.3 Kulometrijska metoda
Princip rada kulometrije je povezivanje otpornika za detekciju na putu punjenja/pražnjenja baterije.ADC mjeri napon na otporu detekcije i pretvara ga u trenutnu vrijednost baterije koja se puni ili prazni.Brojač u realnom vremenu (RTC) može integrirati trenutnu vrijednost s vremenom kako bi znao koliko kulona teče.
Slika 7. Osnovni način rada kulonske metode mjerenja
Kulometrijska metoda može precizno izračunati stanje napunjenosti u realnom vremenu tokom punjenja ili pražnjenja.Sa brojačem kulona punjenja i kulonskim brojačem pražnjenja, može izračunati preostali električni kapacitet (RM) i puni kapacitet punjenja (FCC).U isto vrijeme, preostali kapacitet punjenja (RM) i puni kapacitet punjenja (FCC) se također mogu koristiti za izračunavanje stanja napunjenosti (SOC=RM/FCC).Osim toga, može također procijeniti preostalo vrijeme, kao što je iscrpljenost snage (TTE) i puna snaga (TTF).
Slika 8. Proračunska formula Kulonove metode
Dva su glavna faktora koji uzrokuju odstupanje tačnosti kulonove metrologije.Prvi je akumulacija greške pomaka u senzoru struje i ADC mjerenju.Iako je greška mjerenja relativno mala s trenutnom tehnologijom, ako ne postoji dobar način da se ona eliminira, greška će se vremenom povećavati.Slika ispod pokazuje da u praktičnoj primjeni, ako nema korekcije u vremenskom trajanju, akumulirana greška je neograničena.
Slika 9. Kumulativna greška kulonove metode
Kako bi se eliminisala akumulirana greška, postoje tri moguće vremenske tačke u normalnom radu baterije: kraj punjenja (EOC), kraj pražnjenja (EOD) i mirovanje (Relax).Baterija je potpuno napunjena i stanje napunjenosti (SOC) bi trebalo biti 100% kada se dostigne stanje završetka punjenja.Stanje kraja pražnjenja znači da je baterija potpuno ispražnjena i da bi stanje napunjenosti (SOC) trebalo biti 0%;Može biti apsolutna vrijednost napona ili se mijenjati s opterećenjem.Kada dostigne stanje mirovanja, baterija se ne puni niti prazni i u tom stanju ostaje dugo vremena.Ako korisnik želi koristiti stanje mirovanja baterije da ispravi grešku kulometrijske metode, u ovom trenutku mora koristiti voltmetar otvorenog kruga.Slika ispod pokazuje da se greška stanja napunjenosti pod gore navedenim uslovima može ispraviti.
Slika 10. Uvjeti za otklanjanje kumulativne greške kulometrijske metode
Drugi glavni faktor koji uzrokuje odstupanje tačnosti metode kulonskog mjerenja je greška punog kapaciteta punjenja (FCC), koja je razlika između projektnog kapaciteta baterije i stvarnog kapaciteta punog punjenja baterije.Na puni kapacitet punjenja (FCC) će uticati temperatura, starenje, opterećenje i drugi faktori.Stoga je metoda ponovnog učenja i kompenzacije potpuno napunjenog kapaciteta vrlo važna za kulometrijsku metodu.Slika ispod prikazuje trend SOC greške kada je pun kapacitet punjenja precijenjen i podcijenjen.
Slika 11. Trend greške kada je pun kapacitet punjenja precijenjen i podcijenjen
Vrijeme objave: Feb-15-2023