Състояние на заряда на литиевата батерия

Измерване на литиево-йонното състояние на заряд (SoC).

Литиево-йонните батерии се използват многократно в различни приложения.За да се осигури ефективно използване на батерията и по-дълъг живот, системи за управление на батерията (BMS) са заети.Последните BMSs стават сложни и причиняват по-висока консумация на енергия от батерията.Прогнозираният SoC се калибрира чрез използване на оригинално съотношение на напрежението на отворена верига (OCV) към кривата на SoC.Сравнението на разработената система е направено с традиционните аналози.Резултатите демонстрират превъзходство от повече от трети порядък на предложената система по отношение на усилването на компресията и изчислителната ефективност, като същевременно се гарантира аналогична прецизност на оценката на SoC.

Дефиниция и класификация на оценката на SOC

SOC е един от най-важните параметри за батериите, но неговата дефиниция поставя много различни проблеми.Като цяло, SOC на една батерия се определя като съотношението на нейния текущ капацитет () към номиналния капацитет ().Номиналният капацитет е даден от производителя и представлява максималното количество заряд, което може да се съхранява в батерията.SOC може да се дефинира, както следва:

Състояние на зареждане (SoC) е нивото на заряд на електрическа батерия спрямо нейния капацитет.Единиците на SoC са процентни точки (0% = празен; 100% = пълен).Алтернативна форма на същата мярка е дълбочината на разреждане (DoD), обратното на SoC (100% = празен; 0% = пълен).

Има няколко начина за измерване на литиево-йонното състояние на заряд (SoC) или Дълбочина на разреждане (DoD) за литиева батерия.Някои методи са доста сложни за изпълнение и изискват сложно оборудване (импедансна спектроскопия или хидрометър за оловно-киселинни батерии).

Тук ще опишем подробно двата най-често срещани и най-прости метода за оценка на състоянието на заряда на батерията: метод на напрежение или Напрежение на отворена верига (OCV ) и метод за броене на кулон.

1/ Оценка на SoC с помощта на метода на напрежението в отворена верига (OCV)

Всички видове батерии имат едно общо нещо: напрежението на клемите им намалява или се повишава в зависимост от нивото на заряд.Напрежението ще бъде най-високо, когато батерията е напълно заредена, и най-ниско, когато е празна.

Тази връзка между напрежението и SOC зависи пряко от използваната технология на батерията.Като пример, диаграмата по-долу сравнява кривите на разреждане между оловна батерия и литиево-йонна батерия.

Може да се види, че оловно-киселинните батерии имат сравнително линейна крива, която позволява добра оценка на състоянието на заряд: за измерено напрежение е възможно да се оцени сравнително точно стойността на свързания SoC.

Въпреки това, литиево-йонните батерии имат много по-плоска крива на разреждане, което означава, че в широк работен диапазон напрежението на клемите на батерията се променя много слабо.

Технологията с литиево-железен фосфат има най-плоската крива на разреждане, което прави много трудно оценяването на SoC при просто измерване на напрежението.Наистина разликата в напрежението между две стойности на SoC може да е толкова малка, че да не е възможно да се оцени състоянието на заряд с добра точност.

Диаграмата по-долу показва, че разликата в измерването на напрежението между стойност на DoD от 40% и 80% е около 6,0 V за 48 V батерия в оловно-киселинна технология, докато е само 0,5 V за литиево-железен фосфат!

Калибрирани индикатори за зареждане обаче могат да се използват специално за литиево-йонни батерии като цяло и по-специално за батерии с литиево-железен фосфат.Прецизното измерване, съчетано с моделирана крива на натоварване, позволява измерванията на SoC да бъдат получени с точност от 10 до 15%.

2/ Оценка на SoC с помощта на метода на кулоновото броене

За да проследите състоянието на заряд при използване на батерията, най-интуитивният метод е да следвате тока, като го интегрирате по време на използване на клетката.Тази интеграция директно дава броя на електрическите заряди, инжектирани или изтеглени от батерията, като по този начин прави възможно точното количествено определяне на SoC на батерията.

За разлика от метода OCV, този метод е в състояние да определи развитието на състоянието на заряд по време на използване на батерията.Не е необходимо батерията да е в покой, за да се извърши точно измерване.

Кулонов брояч

Въпреки че измерването на тока се извършва от прецизен резистор, могат да възникнат малки грешки в измерването, свързани с честотата на вземане на проби.За да коригира тези незначителни грешки, кулоновият брояч се калибрира отново при всеки цикъл на натоварване.

Литиево-йонна Състояние на заряд (SoC) измерването, направено чрез кулоново броене, позволява грешка на измерването от по-малко от 1%, което позволява много точна индикация за енергията, оставаща в батерията.За разлика от метода OCV, броенето на кулон е независимо от колебанията в мощността на батерията (които причиняват падане на напрежението на батерията) и точността остава постоянна независимо от използването на батерията.