Liitiumaku laadimisolek (SOC)

Liitiumioonaku laetuse oleku (SOC) mõõtmine

Liitiumioonakude kasutamine on laialt levinud mitmesugustes rakendustes. Nende efektiivsuse ja eluea maksimeerimiseksakuhaldussüsteemid(BMS) kasutatakse. Siiski on oluline märkida, et BMS-tehnoloogia hiljutised edusammud on suurendanud energiatarbimist, millel võib olla negatiivne mõju aku jõudlusele.

Selle probleemi lahendamiseks on välja töötatud uuenduslik lähenemisviis. Aku hinnanguline laetuse olek (SOC) kalibreeritakse sündmuspõhise avatud vooluringi pinge (OCV) ja SOC-kõvera seose abil. See meetod tagab täpse SOC-hinnangu, minimeerides samal ajal energiatarbimist.

Selle lähenemisviisi tõhususe valideerimiseks tehti võrdlus traditsiooniliste hoonehaldussüsteemidega (BMS). Tulemused näitavad selgelt pakutud süsteemi paremust. See ületab traditsioonilisi analooge tihendusvõimenduse ja arvutusliku efektiivsuse osas enam kui kolmandiku suurusjärgu võrra. Oluline on see, et see parem jõudlus ei kahjusta SOC-hinnangu täpsust.

Kokkuvõtteks pakub pakutud süsteem lahenduse keeruka BMS-tehnoloogia esitatud väljakutsetele. Sündmuspõhise OCV ja SOC-kõvera seose abil saavutatakse märkimisväärne paranemine tihendusvõimenduses ja arvutusliku efektiivsuse osas. See uuenduslik lähenemisviis tagab aku tõhusa kasutamise ja pikema eluea, ilma et see kahjustaks SOC-hinnangu täpsust.

SOC-hinnangu määratlus ja klassifikatsioon

Laetuse määr (SOC) on akude üks olulisemaid parameetreid, kuid selle definitsioon tekitab palju erinevaid probleeme. Üldiselt defineeritakse aku SOC kui selle voolumahutavuse () ja nimimahutavuse () suhe. Nimimahutavuse annab tootja ja see esindab maksimaalset laengu hulka, mida saab akus salvestada. SOC-i saab defineerida järgmiselt:

Laetuse olek (SOC)on elektriaku laetuse tase selle mahtuvuse suhtes. Tühjendussügavuse ühikud on protsendipunktid (0% = tühi; 100% = täis). Sama mõõdu alternatiivne vorm on tühjenemissügavus (DOD), mis on Tühjendussügavuse pöördväärtus (100% = tühi; 0% = täis).

Liitiumioonaku laetuse oleku (SOC) mõõtmiseks on mitu võimalust.Tühjendussügavus (DOD)liitiumaku puhul. Mõned meetodid on üsna keerulised rakendada ja vajavad keerukaid seadmeid (pliiakude puhul impedantsspektroskoopia või hüdromeeter).

Siin kirjeldame üksikasjalikumalt kahte kõige levinumat ja lihtsamat meetodit aku laetuse oleku hindamiseks: pingemeetod võiAvatud vooluringi pinge (OCV)) ja Coulombi loendamise meetod.

1/ SOC-i hindamine avatud vooluringi meetodi (OCV) abil

Kõigil akutüüpidel on üks ühine omadus: pinge nende klemmidel väheneb või suureneb sõltuvalt laetuse tasemest. Pinge on kõrgeim, kui aku on täielikult laetud, ja madalaim, kui see on tühi.

See pinge ja laadimistaseme (SOC) vaheline seos sõltub otseselt kasutatavast akutehnoloogiast. Näiteks võrdleb allolev diagramm pliiaku ja liitiumioonaku tühjenemiskõveraid.

On näha, et pliiakudel on suhteliselt lineaarne kõver, mis võimaldab laetuse olekut hästi hinnata: mõõdetud pinge korral on võimalik üsna täpselt hinnata seotud laadimistaseme väärtust.

Liitiumioonakudel on aga palju lamedam tühjenduskõver, mis tähendab, et laias töövahemikus muutub aku klemmide pinge väga vähe.

Liitiumraudfosfaadi tehnoloogial on kõige lamedam tühjenduskõver, mis muudab laetuse taseme (SOC) hindamise lihtsa pinge mõõtmise abil väga keeruliseks. Tegelikult võib kahe SOC väärtuse vaheline pinge erinevus olla nii väike, et laetuse taset ei ole võimalik täpselt hinnata.

Allolev diagramm näitab, et 48 V pliiaku puhul on pinge mõõtmise erinevus 40% ja 80% DOD-väärtuse vahel umbes 6,0 V, liitium-raudfosfaadi puhul aga vaid 0,5 V!

Kalibreeritud laadimisindikaatoreid saab aga kasutada liitiumioonakude ja eriti liitiumraudfosfaatakude jaoks. Täpne mõõtmine koos modelleeritud koormuskõveraga võimaldab saada SOC mõõtmisi täpsusega 10–15%.

2/ SOC hindamine Coulombi loendamise meetodi abil

Aku laadimisoleku jälgimiseks aku kasutamise ajal on kõige intuitiivsem meetod voolu integreerimine elemendi kasutamise ajal. See integreerimine annab otseselt akusse sisestatud või sealt võetud elektrilaengute arvu, võimaldades seega aku laetuse taset täpselt kvantifitseerida.

Erinevalt OCV-meetodist on see meetod võimeline määrama aku laetuse oleku arengut kasutamise ajal. Täpse mõõtmise tegemiseks ei pea aku olema puhkeolekus.

Coulombi loendur

Täpse voolumõõtmise tagamiseks on oluline tegeleda kõigi võimalike vigadega, mis võivad tekkida valimisageduse tõttu. Kuigi voolumõõtmist tehakse tavaliselt täppistakisti abil, võivad siiski esineda väikesed vead. Need vead võivad olla tingitud valimisagedusest, mis võib põhjustada marginaalseid ebatäpsusi. Siiski on olemas lahendus nende vigade parandamiseks ja täpsete mõõtmiste tagamiseks.

Proovivõtu sagedusest tingitud marginaalsete vigade korrigeerimiseks kalibreeritakse Coulombi loendur iga koormustsükli ajal uuesti. See kalibreerimisprotsess on voolu mõõtmise täpsuse säilitamiseks ülioluline. Coulombi loenduri uuesti kalibreerimisega parandatakse kõik eelmise koormustsükli ajal tekkinud vead, tagades järgnevate mõõtmiste täpsuse ja usaldusväärsuse.

Selle ümberkalibreerimisprotsessi rakendamisega paraneb voolu mõõtmise täpsus märkimisväärselt. See võimaldab tuvastada ja parandada kõik proovivõtu sageduse tõttu tekkida võivad marginaalsed vead. See tagab, et saadud mõõtmised on väga täpsed ja neile saab tugineda erinevates rakendustes, näiteks teadusuuringutes, tööstusprotsessides või elektroonikalülituste disainis.

Kokkuvõtteks võib öelda, et kuigi voolu mõõtmine täppistakistiga on üldiselt usaldusväärne, võib siiski esineda väikeseid vigu, mis on tingitud diskreetimissagedusest. Kuloni loenduri ümberkalibreerimisega iga koormustsükli järel saab neid marginaalseid vigu parandada. See tagab saadud mõõtmiste suure täpsuse ja usaldusväärsuse laias valikus rakendustes. Selle ümberkalibreerimisprotsessi rakendamisega võite olla kindel oma voolumõõtmiste täpsuses ja usaldusväärsuses.

LiitiumioonakuLaetuse olek (SOC)Coulombi loendamise teel tehtud mõõtmine võimaldab mõõtmisviga alla 1%, mis annab väga täpse pildi aku allesjäänud energiast. Erinevalt OCV-meetodist ei sõltu Coulombi loendamine aku võimsuse kõikumisest (mis põhjustab aku pinge langust) ja täpsus jääb samaks olenemata aku kasutusest.