Stav nabití lithiové baterie

Měření lithium-iontového stavu nabití (SoC).

Lithium-iontové baterie se opakovaně používají v různých aplikacích.Aby bylo zajištěno efektivní využití baterie a delší životnost, systémy pro správu baterií (BMS) jsou zaměstnáni.Nedávné BMS se stávají sofistikovanějšími a způsobují vyšší spotřebu baterie.Odhadovaný SoC je kalibrován pomocí původního událostmi řízeného vztahu mezi napětím otevřeného okruhu (OCV) a křivkou SoC.Vymyšlené srovnání systému je provedeno s tradičními protějšky.Výsledky demonstrují více než třetinovou nadvýkonnost navrhovaného systému, pokud jde o zesílení komprese a výpočetní efektivitu, přičemž zajišťují analogickou přesnost odhadu SoC.

Definice a klasifikace odhadu SOC

SOC je jedním z nejdůležitějších parametrů pro baterie, ale jeho definice představuje mnoho různých problémů.Obecně je SOC baterie definována jako poměr její aktuální kapacity () ke jmenovité kapacitě ().Jmenovitá kapacita je udávána výrobcem a představuje maximální množství nabití, které je možné do baterie uložit.SOC lze definovat takto:

Stav nabití (SoC) je úroveň nabití elektrické baterie vzhledem k její kapacitě.Jednotky SoC jsou procentní body (0 % = prázdné; 100 % = plné).Alternativní formou stejného měření je hloubka vybití (DoD), inverzní hodnota SoC (100 % = prázdný; 0 % = plný).

Existuje několik způsobů, jak získat měření Lithium-Ion State of Charge (SoC) nebo Hloubka vybití (DoD) pro lithiovou baterii.Některé metody jsou poměrně komplikované na implementaci a vyžadují složité vybavení (impedanční spektroskopie nebo hustoměr u olověných baterií).

Zde podrobně popíšeme dvě nejběžnější a nejjednodušší metody odhadu stavu nabití baterie: napěťovou metodu resp Napětí otevřeného okruhu (OCV ) a metodou coulombovského počítání.

1/ Odhad SoC pomocí metody Open Circuit Voltage Method (OCV)

Všechny typy baterií mají jedno společné: napětí na jejich svorkách se snižuje nebo zvyšuje v závislosti na úrovni jejich nabití.Napětí bude nejvyšší, když je baterie plně nabitá, a nejnižší, když je vybitá.

Tento vztah mezi napětím a SOC závisí přímo na použité technologii baterie.Níže uvedený diagram jako příklad porovnává vybíjecí křivky mezi olověnou baterií a lithium-iontovou baterií.

Je vidět, že olověné baterie mají relativně lineární křivku, což umožňuje dobrý odhad stavu nabití: pro naměřené napětí je možné poměrně přesně odhadnout hodnotu souvisejícího SoC.

Lithium-iontové baterie však mají mnohem plošší vybíjecí křivku, což znamená, že v širokém provozním rozsahu se napětí na svorkách baterie mění velmi mírně.

Technologie Lithium Iron Phosphate má nejplošší vybíjecí křivku, což velmi ztěžuje odhad SoC na jednoduchém měření napětí.Rozdíl napětí mezi dvěma hodnotami SoC může být skutečně tak malý, že není možné odhadnout stav nabití s ​​dobrou přesností.

Níže uvedený diagram ukazuje, že rozdíl měření napětí mezi hodnotou DoD 40 % a 80 % je asi 6,0 V pro 48V baterii v olověné technologii, zatímco je pouze 0,5 V pro lithium-železo-fosfát!

Kalibrované indikátory nabití však lze použít speciálně pro lithium-iontové baterie obecně a lithium-železofosfátové baterie zvláště.Přesné měření ve spojení s modelovanou křivkou zatížení umožňuje získat měření SoC s přesností 10 až 15 %.

2/ Odhad SoC metodou Coulomb Counting

Ke sledování stavu nabití při používání baterie je nejintuitivnější metodou sledování proudu jeho integrací během používání baterie.Tato integrace přímo udává počet elektrických nábojů vstřikovaných nebo odebraných z baterie, což umožňuje přesně kvantifikovat SoC baterie.

Na rozdíl od metody OCV je tato metoda schopna určit vývoj stavu nabití během používání baterie.K provedení přesného měření nevyžaduje, aby byla baterie v klidu.

Coulombův pult

Přestože je měření proudu prováděno přesným rezistorem, mohou se vyskytnout malé chyby měření související se vzorkovací frekvencí.K nápravě těchto okrajových chyb je coulombův čítač překalibrován při každém zatěžovacím cyklu.

Lithium-Ion Stav nabití (SoC) měření prováděné coulombovým počítáním umožňuje chybu měření menší než 1 %, což umožňuje velmi přesnou indikaci zbývající energie v baterii.Na rozdíl od metody OCV je počítání coulombů nezávislé na kolísání energie baterie (které způsobuje pokles napětí baterie) a přesnost zůstává konstantní bez ohledu na využití baterie.