حالة شحن بطارية الليثيوم

قياس حالة شحن ليثيوم أيون (SoC)

يتم استخدام بطاريات الليثيوم أيون بشكل متكرر في مجموعة متنوعة من التطبيقات.لضمان استخدام فعال للبطارية وعمر أطول ، فإن أنظمة إدارة البطارية (BMS) تم توظيفهم.أصبحت BMSs الحديثة متطورة وتتسبب في زيادة استهلاك البطارية.تتم معايرة SoC المقدرة باستخدام علاقة منحنى الدائرة المفتوحة (OCV) المدفوعة بالحدث الأصلي لعلاقة منحنى SoC.يتم إجراء مقارنة النظام المبتكر مع النظراء التقليديين.توضح النتائج تفوقًا في الأداء من حيث الحجم للنظام المقترح من الدرجة الثالثة من حيث كسب الضغط والكفاءة الحسابية مع ضمان دقة تقدير SoC مماثلة.

تعريف وتصنيف تقدير SOC

تعد SOC واحدة من أهم المعلمات للبطاريات ، لكن تعريفها يقدم العديد من المشكلات المختلفة.بشكل عام ، يتم تعريف SOC للبطارية على أنها نسبة سعتها الحالية () إلى السعة الاسمية ().يتم تحديد السعة الاسمية من قبل الشركة المصنعة وتمثل الحد الأقصى لمقدار الشحن الذي يمكن تخزينه في البطارية.يمكن تعريف SOC على النحو التالي:

حالة الشحن (SoC) هو مستوى شحن البطارية الكهربائية بالنسبة لقدرتها.وحدات SoC هي نقاط مئوية (0٪ = فارغة ؛ 100٪ = ممتلئة).الشكل البديل لنفس المقياس هو عمق التفريغ (DoD) ، معكوس SoC (100٪ = فارغ ؛ 0٪ = ممتلئ).

هناك عدة طرق للحصول على قياس حالة شحن ليثيوم أيون (SoC) أو عمق التفريغ (DoD) لبطارية الليثيوم.بعض الطرق معقدة للغاية في التنفيذ وتتطلب معدات معقدة (مطياف المعاوقة أو مقياس السوائل لبطاريات الرصاص الحمضية).

سنشرح بالتفصيل الطريقتين الأكثر شيوعًا والأبسط لتقدير حالة شحن البطارية: طريقة الجهد أو جهد الدائرة المفتوحة (OCV ) وطريقة عد كولوم.

1 / تقدير SoC باستخدام طريقة جهد الدائرة المفتوحة (OCV)

تشترك جميع أنواع البطاريات في شيء واحد: يتناقص الجهد في أطرافها أو يزداد اعتمادًا على مستوى الشحن.سيكون الجهد أعلى عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل وأقلها عندما تكون فارغة.

تعتمد هذه العلاقة بين الجهد و SOC بشكل مباشر على تقنية البطارية المستخدمة.على سبيل المثال ، يقارن الرسم البياني أدناه منحنيات التفريغ بين بطارية الرصاص وبطارية ليثيوم أيون.

يمكن ملاحظة أن بطاريات الرصاص الحمضية لها منحنى خطي نسبيًا ، مما يسمح بتقدير جيد لحالة الشحن: بالنسبة للجهد المقاس ، من الممكن تقدير قيمة SoC المرتبطة بدقة إلى حد ما.

ومع ذلك ، تحتوي بطاريات الليثيوم أيون على منحنى تفريغ أكثر انبساطًا ، مما يعني أنه على مدى نطاق تشغيل واسع ، يتغير الجهد عند أطراف البطارية بشكل طفيف للغاية.

تتميز تقنية فوسفات الحديد والليثيوم بمنحنى تفريغ مسطح ، مما يجعل من الصعب للغاية تقدير SoC على قياس بسيط للجهد.في الواقع ، قد يكون فرق الجهد بين قيمتي SoC صغيرًا جدًا بحيث لا يمكن تقدير حالة الشحن بدقة جيدة.

يوضح الرسم البياني أدناه أن فرق قياس الجهد بين قيمة DoD البالغة 40٪ و 80٪ حوالي 6.0 فولت لبطارية 48 فولت في تقنية حمض الرصاص ، بينما يكون 0.5 فولت فقط لليثيوم والحديد والفوسفات!

ومع ذلك ، يمكن استخدام مؤشرات الشحن المُعايرة خصيصًا لبطاريات الليثيوم أيون بشكل عام وبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم بشكل خاص.يسمح القياس الدقيق ، إلى جانب منحنى الحمل النموذجي ، بالحصول على قياسات SoC بدقة تتراوح من 10 إلى 15٪.

2 / تقدير SoC باستخدام طريقة عد كولوم

لتتبع حالة الشحن عند استخدام البطارية ، فإن الطريقة الأكثر سهولة هي اتباع التيار عن طريق دمجه أثناء استخدام الخلية.يعطي هذا التكامل بشكل مباشر عدد الشحنات الكهربائية المحقونة أو المسحوبة من البطارية ، مما يجعل من الممكن تحديد كمية SoC للبطارية بدقة.

على عكس طريقة OCV ، فإن هذه الطريقة قادرة على تحديد تطور حالة الشحن أثناء استخدام البطارية.لا يتطلب أن تكون البطارية في حالة راحة لإجراء قياس دقيق.

عداد كولوم

على الرغم من إجراء قياس التيار بواسطة مقاوم دقيق ، فقد تحدث أخطاء صغيرة في القياس تتعلق بتردد أخذ العينات.لتصحيح هذه الأخطاء الهامشية ، تتم إعادة معايرة عداد كولوم في كل دورة تحميل.

ليثيوم أيون حالة المسؤول (SoC) يسمح القياس الذي تم إجراؤه عن طريق عد الكولوم بخطأ قياس أقل من 1٪ ، مما يسمح بمؤشر دقيق للغاية للطاقة المتبقية في البطارية.على عكس طريقة OCV ، فإن حساب كولوم مستقل عن تقلبات طاقة البطارية (التي تسبب انخفاض جهد البطارية) ، وتظل الدقة ثابتة بغض النظر عن استخدام البطارية.