Litiumakun lataustila

Lithium-Ion-lataustilan (SoC) mittaus

Litiumioniakkuja käytetään toistuvasti monissa sovelluksissa.Akun tehokkaan käytön ja pidemmän käyttöiän varmistamiseksi akunhallintajärjestelmät (BMS) ovat töissä.Viimeaikaiset BMS-järjestelmät ovat kehittymässä ja lisäävät akun kulutusta.Arvioitu SoC kalibroidaan käyttämällä alkuperäistä tapahtumaohjattua Open Circuit Voltage (OCV) - SoC-käyräsuhdetta.Suunniteltu järjestelmän vertailu tehdään perinteisten vastineiden kanssa.Tulokset osoittavat ehdotetun järjestelmän yli kolmannen kertaluvun paremman suorituskyvyn pakkausvahvistuksen ja laskennan tehokkuuden suhteen samalla kun ne takaavat analogisen SoC-estimoinnin tarkkuuden.

SOC-estimaatin määritelmä ja luokitus

SOC on yksi akkujen tärkeimmistä parametreista, mutta sen määrittelyssä on monia erilaisia ​​ongelmia.Yleensä akun SOC määritellään sen nykyisen kapasiteetin () suhteeksi nimelliskapasiteettiin ().Nimelliskapasiteetti on valmistajan ilmoittama, ja se edustaa akun enimmäislatauksen määrää.SOC voidaan määritellä seuraavasti:

Lataustila (SoC) on sähköakun varaustaso suhteessa sen kapasiteettiin.SoC:n yksiköt ovat prosenttiyksiköitä (0% = tyhjä; 100% = täynnä).Vaihtoehtoinen muoto samalle mittaukselle on purkaussyvyys (DoD), SoC:n käänteinen (100% = tyhjä; 0% = täynnä).

Lithium-Ion State of Charge (SoC) -mittaukseen on useita tapoja Purkaussyvyys (DoD) litiumakulle.Jotkut menetelmät ovat melko monimutkaisia ​​toteuttaa ja vaativat monimutkaisia ​​laitteita (impedanssispektroskopia tai hydrometrimittari lyijyakkuille).

Kerromme tässä kaksi yleisintä ja yksinkertaisinta menetelmää akun varaustilan arvioimiseksi: jännitemenetelmä tai Avoimen piirin jännite (OCV ) ja kulonilaskentamenetelmä.

1/ SoC-arvio OCV (Open Circuit Voltage Method) -menetelmällä

Kaikilla akkutyypeillä on yksi yhteinen piirre: niiden napojen jännite laskee tai kasvaa lataustasosta riippuen.Jännite on korkein, kun akku on ladattu täyteen, ja pienin, kun akku on tyhjä.

Tämä jännitteen ja SOC:n välinen suhde riippuu suoraan käytetystä akkutekniikasta.Esimerkkinä alla olevassa kaaviossa verrataan lyijyakun ja litiumioniakun purkauskäyriä.

Voidaan nähdä, että lyijyakkujen käyrä on suhteellisen lineaarinen, mikä mahdollistaa hyvän varaustilan arvioinnin: mitatulle jännitteelle on mahdollista arvioida melko tarkasti siihen liittyvän SoC:n arvo.

Litiumioniakuilla on kuitenkin paljon tasaisempi purkauskäyrä, mikä tarkoittaa, että laajalla toiminta-alueella akun napojen jännite muuttuu hyvin vähän.

Litiumrautafosfaattiteknologialla on littein purkauskäyrä, mikä tekee SoC:n arvioimisesta erittäin vaikeaa yksinkertaisella jännitemittauksella.Itse asiassa kahden SoC-arvon välinen jännite-ero voi olla niin pieni, että varaustilaa ei voida arvioida hyvällä tarkkuudella.

Alla oleva kaavio osoittaa, että jännitteen mittausero DoD-arvon 40 % ja 80 % välillä on noin 6,0 V lyijy-happoteknologian 48 V akulla, kun taas litium-rautafosfaatilla se on vain 0,5 V!

Kalibroituja latausilmaisimia voidaan kuitenkin käyttää erityisesti litiumioniakuille yleensä ja erityisesti litiumrautafosfaattiakuille.Tarkka mittaus yhdistettynä mallinnetun kuormituskäyrän kanssa mahdollistaa SoC-mittausten saamisen 10-15 %:n tarkkuudella.

2/ SoC-estimointi Coulombin laskentamenetelmällä

Intuitiivisin tapa seurata lataustilaa akkua käytettäessä on seurata virtaa integroimalla se solun käytön aikana.Tämä integrointi antaa suoraan akun ruiskutettujen tai siitä poistettujen sähkölatausten määrän, mikä mahdollistaa akun SoC:n tarkan kvantifioinnin.

Toisin kuin OCV-menetelmä, tällä menetelmällä voidaan määrittää lataustilan kehitys akun käytön aikana.Se ei vaadi akun olevan levossa tarkan mittauksen suorittamiseksi.

Coulombin laskuri

Vaikka virranmittaus suoritetaan tarkkuusvastuksen avulla, pieniä mittausvirheitä saattaa esiintyä, jotka liittyvät näytteenottotaajuuteen.Näiden marginaalivirheiden korjaamiseksi coulomb-laskuri kalibroidaan uudelleen jokaisella kuormitusjaksolla.

Litium-ioni Lataustila (SoC) coulomb-laskemalla tehty mittaus mahdollistaa alle 1 %:n mittausvirheen, mikä mahdollistaa erittäin tarkan akun jäljellä olevan energian ilmaisemisen.Toisin kuin OCV-menetelmä, coulomb-laskenta on riippumaton akun virranvaihteluista (jotka aiheuttavat akun jännitteen laskua), ja tarkkuus pysyy vakiona akun käytöstä riippumatta.