Lithium batteri Ladetilstand

Lithium-ion ladningstilstand (SoC) måling

Lithium-ion-batterierne bruges tilbagevendende i en række forskellige applikationer.For at sikre en effektiv batteriudnyttelse og længere levetid batteristyringssystemer (BMS) er ansat.Nylige BMS'er er ved at blive sofistikerede og forårsager et højere forbrug på batteriet.Den estimerede SoC kalibreres ved at bruge en original hændelsesdrevet Open Circuit Voltage (OCV) til SoC-kurveforhold.Den udtænkte systemsammenligning er lavet med de traditionelle modparter.Resultaterne demonstrerer en mere end tredje størrelsesordens overydelse af det foreslåede system med hensyn til kompressionsforstærkning og beregningseffektivitet, mens de sikrer en analog SoC-estimeringspræcision.

Definition og klassifikation af SOC-estimering

SOC er en af ​​de vigtigste parametre for batterier, men dens definition præsenterer mange forskellige problemer.Generelt defineres et batteris SOC som forholdet mellem dets nuværende kapacitet () og den nominelle kapacitet ().Den nominelle kapacitet er angivet af producenten og repræsenterer den maksimale mængde ladning, der kan opbevares i batteriet.SOC kan defineres som følger:

Ladningstilstand (SoC) er ladningsniveauet for et elektrisk batteri i forhold til dets kapacitet.Enhederne for SoC er procentpoint (0% = tom; 100% = fuld).En alternativ form for det samme mål er udledningsdybden (DoD), det omvendte af SoC (100% = tom; 0% = fuld).

Der er flere måder at få Lithium-Ion State of Charge (SoC) måling eller Depth of Discharge (DoD) til et lithiumbatteri.Nogle metoder er ret komplicerede at implementere og kræver komplekst udstyr (impedansspektroskopi eller hydrometermåler til bly-syre-batterier).

Vi vil her detaljere de to mest almindelige og enkleste metoder til at estimere ladetilstanden for et batteri: spændingsmetode eller Åben kredsløbsspænding (OCV ) og coulomb-tællemetode.

1/ SoC-estimering ved hjælp af Open Circuit Voltage Method (OCV)

Alle typer batterier har én ting til fælles: Spændingen ved deres terminaler falder eller stiger afhængigt af deres ladeniveau.Spændingen vil være højest, når batteriet er fuldt opladet, og lavest, når det er tomt.

Dette forhold mellem spænding og SOC afhænger direkte af den anvendte batteriteknologi.Som et eksempel sammenligner diagrammet nedenfor afladningskurverne mellem et blybatteri og et lithium-ion-batteri.

Det kan ses, at bly-syre-batterier har en relativt lineær kurve, hvilket tillader en god vurdering af ladetilstanden: For en målt spænding er det muligt at estimere ret præcist værdien af ​​den tilhørende SoC.

Lithium-ion-batterier har dog en meget fladere afladningskurve, hvilket betyder, at over et bredt driftsområde ændres spændingen ved batteripolerne meget lidt.

Lithium Iron Phosphate-teknologien har den fladeste udledningskurve, hvilket gør det meget svært at estimere SoC på en simpel spændingsmåling.Spændingsforskellen mellem to SoC-værdier kan faktisk være så lille, at det ikke er muligt at estimere ladetilstanden med god præcision.

Diagrammet nedenfor viser, at spændingsmålingsforskellen mellem en DoD-værdi på 40% og 80% er omkring 6,0V for et 48V batteri i bly-syre teknologi, mens det kun er 0,5V for lithium-jern-phosphat!

Kalibrerede ladningsindikatorer kan dog bruges specifikt til lithium-ion-batterier generelt og lithium-jernfosfat-batterier i særdeleshed.En præcis måling kombineret med en modelleret belastningskurve gør det muligt at opnå SoC-målinger med en nøjagtighed på 10 til 15 %.

2/ SoC-estimering ved hjælp af Coulomb-tællingsmetoden

For at spore ladetilstanden, når du bruger batteriet, er den mest intuitive metode at følge strømmen ved at integrere den under cellebrug.Denne integration giver direkte antallet af elektriske ladninger indsprøjtet eller trukket ud af batteriet, hvilket gør det muligt præcist at kvantificere batteriets SoC.

I modsætning til OCV-metoden er denne metode i stand til at bestemme udviklingen af ​​ladetilstanden under batteribrug.Det kræver ikke, at batteriet er i ro for at udføre en nøjagtig måling.

Coulomb tæller

Selvom strømmåling udføres af en præcisionsmodstand, kan der forekomme små målefejl relateret til samplingsfrekvensen.For at rette disse marginale fejl bliver coulomb-tælleren genkalibreret ved hver belastningscyklus.

Lithium-ion Ladetilstand (SoC) måling foretaget ved coulomb-tælling tillader en målefejl på mindre end 1 %, hvilket giver en meget præcis indikation af den resterende energi i batteriet.I modsætning til OCV-metoden er coulomb-tælling uafhængig af batteristrømsudsving (som forårsager batterispændingsfald), og nøjagtigheden forbliver konstant uanset batteriforbrug.