Teorija naboja i pražnjenja litija i dizajn metode proračuna električne energije
2. Uvod u mjerač baterije
2.1 Uvođenje u funkciju brojila električne energije
Upravljanje baterijom može se smatrati dijelom upravljanja napajanjem.U upravljanju baterijom, 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 kruga
Lako je realizirati brojilo električne energije metodom napona otvorenog strujnog kruga, što se može dobiti provjerom odgovarajućeg stanja napunjenosti napona otvorenog strujnog kruga.Pretpostavlja se da je napon otvorenog kruga napon priključka baterije kada baterija miruje dulje od 30 minuta.
Krivulja napona baterije varira 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 pregledom tablice.Drugim riječima, ako se stanje napunjenosti procjenjuje samo gledanjem u tablicu, pogreška će biti velika.
Donja slika pokazuje da se stanje napunjenosti (SOC) istog napona baterije jako razlikuje prema metodi napona otvorenog kruga tijekom punjenja i pražnjenja.
Slika 5. Napon baterije u uvjetima punjenja i pražnjenja
Iz donje slike se može vidjeti da stanje napunjenosti jako varira pod različitim opterećenjima tijekom pražnjenja.Dakle, u osnovi, metoda napona otvorenog kruga prikladna je samo za sustave koji zahtijevaju nisku točnost stanja napunjenosti, kao što su automobili koji koriste olovne baterije ili neprekidna napajanja.
Slika 6. Napon akumulatora pod različitim opterećenjima tijekom pražnjenja
2.3 Kulometrijska metoda
Princip rada kulometrije je spajanje detekcijskog otpornika na putanju punjenja/pražnjenja baterije.ADC mjeri napon na otporu detekcije i pretvara ga u trenutnu vrijednost baterije koja se puni ili prazni.Brojač u stvarnom vremenu (RTC) može integrirati trenutnu vrijednost s vremenom kako bi znao koliko kulona teče.
Slika 7. Osnovni način rada coulomb metode mjerenja
Kulometrijska metoda može točno izračunati stanje napunjenosti u stvarnom vremenu tijekom punjenja ili pražnjenja.Uz brojač kulona naboja i brojač kulona pražnjenja, može izračunati preostali električni kapacitet (RM) i puni kapacitet naboja (FCC).U isto vrijeme, kapacitet preostalog punjenja (RM) i puni kapacitet punjenja (FCC) također se mogu koristiti za izračun stanja napunjenosti (SOC=RM/FCC).Osim toga, također može procijeniti preostalo vrijeme, kao što je iscrpljenost energije (TTE) i puna snaga (TTF).
Slika 8. Formula za izračun Coulombove metode
Dva su glavna čimbenika koji uzrokuju odstupanje točnosti kulonskog mjeriteljstva.Prvi je akumulacija pogreške pomaka u očitavanju struje i mjerenju ADC-a.Iako je pogreška mjerenja relativno mala s trenutnom tehnologijom, ako ne postoji dobra metoda za njezino uklanjanje, pogreška će se povećavati s vremenom.Donja slika pokazuje da je u praktičnoj primjeni, ako nema korekcije u vremenskom trajanju, akumulirana pogreška neograničena.
Slika 9. Kumulativna pogreška Coulombove metode
Kako bi se uklonila akumulirana pogreška, postoje tri moguće vremenske točke u normalnom radu baterije: kraj punjenja (EOC), kraj pražnjenja (EOD) i odmor (Relax).Baterija je potpuno napunjena i stanje napunjenosti (SOC) bi trebalo biti 100% kada se postigne kraj punjenja.Stanje kraja pražnjenja znači da je baterija potpuno ispražnjena i da bi stanje napunjenosti (SOC) trebalo biti 0%;To može biti apsolutna vrijednost napona ili se mijenjati s opterećenjem.Kada dođe u stanje mirovanja, baterija se niti puni niti prazni, iu tom stanju ostaje dugo vremena.Ako korisnik želi koristiti stanje mirovanja baterije za ispravljanje pogreške kulometrijske metode, mora u ovom trenutku koristiti voltmetar s otvorenim strujnim krugom.Donja slika pokazuje da se pogreška stanja napunjenosti pod gornjim uvjetima može ispraviti.
Slika 10. Uvjeti za otklanjanje kumulativne pogreške kulometrijske metode
Drugi glavni čimbenik koji uzrokuje odstupanje točnosti metode mjerenja kulona je pogreška punog kapaciteta punjenja (FCC), što je razlika između projektiranog kapaciteta baterije i stvarnog kapaciteta punog punjenja baterije.Na puni kapacitet punjenja (FCC) utjecat će temperatura, starenje, opterećenje i drugi čimbenici.Stoga je metoda ponovnog učenja i kompenzacije potpuno napunjenog kapaciteta vrlo važna za kulometrijsku metodu.Donja slika prikazuje trend pogreške SOC-a kada je puni kapacitet punjenja precijenjen i podcijenjen.
Slika 11. Trend pogreške kada je puni kapacitet punjenja precijenjen i podcijenjen
Vrijeme objave: 15. veljače 2023