Litiumpariston lataustila

Lithium-Ion Charge State (SoC) -mittaus

Litiumioniakkuja käytetään toistuvasti useissa sovelluksissa. Akun tehokkaan käytön ja pidemmän käyttöiän varmistamiseksi akunhallintajärjestelmät (BMS) ovat palveluksessa. Viimeaikaiset BMS: t ovat kehittyneempiä ja aiheuttavat parempaa kulutusta akussa. Arvioitu SoC kalibroidaan käyttämällä alkuperäistä tapahtumavetoista avoimen piirin jännitteen (OCV) ja SoC-käyrän suhdetta. Suunniteltu järjestelmävertailu tehdään perinteisten vastaavien kanssa. Tulokset osoittavat ehdotetun järjestelmän yli kolmanneksen suuruusluokan ylittävän suorituskyvyn puristusvoimakkuuden ja laskennallisen tehokkuuden suhteen samalla, kun varmistetaan analoginen SoC-estimointitarkkuus.

SOC-estimaation määritelmä ja luokitus

SOC on yksi tärkeimmistä parametreista akuille, mutta sen määritelmä tuo esiin monia eri asioita. Yleensä akun SOC määritellään sen nykyisen kapasiteetin () ja nimelliskapasiteetin () suhteena. Nimelliskapasiteetti on valmistajan ilmoittama, ja se edustaa suurinta latausmäärää, joka akkuun voidaan tallentaa. SOC voidaan määritellä seuraavasti:

Lataustila (SoC) on sähköakun lataustaso suhteessa sen kapasiteettiin. SoC: n yksiköt ovat prosenttiyksikköjä (0% = tyhjä; 100% = täynnä). Saman mittauksen vaihtoehtoinen muoto on purkaussyvyys (DoD), SoC: n käänteinen arvo (100% = tyhjä; 0% = täysi).

Lithium-Ion State of Charge (SoC) -mittauksen tai Purkauksen syvyys (DoD) litiumakulle. Jotkut menetelmät ovat melko monimutkaisia ​​toteuttaa ja vaativat monimutkaisia ​​laitteita (impedanssispektroskopia tai lyijyakkujen hydrometrimittari).

Tarkastelemme tässä kahta yleisintä ja yksinkertaisinta tapaa arvioida akun lataustila: jännitemenetelmä tai Avoimen piirin jännite (OCV) ja coulomb-laskentamenetelmä.

1 / SoC-estimointi avoimen piirin jännitemenetelmällä (OCV)

Kaikentyyppisillä akuilla on yksi yhteinen asia: niiden napojen jännite pienenee tai kasvaa lataustasosta riippuen. Jännite on suurin, kun akku on ladattu täyteen, ja pienin, kun se on tyhjä.

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

Voidaan nähdä, että lyijyakkuilla on suhteellisen lineaarinen käyrä, mikä antaa hyvän arvion varaustilasta: mitatulle jännitteelle on mahdollista arvioida melko tarkasti siihen liittyvän SoC: n arvo.

Litiumioniakkuilla on kuitenkin paljon tasaisempi purkautumiskäyrä, mikä tarkoittaa, että laajalla toiminta-alueella jännite akun napoissa muuttuu hyvin vähän.

Litium-rautafosfaattitekniikalla on tasaisin purkautumiskäyrä, mikä tekee SoC: n arvioimisen yksinkertaisesta jännitteen mittauksesta erittäin vaikeaksi. Kahden SoC-arvon välinen jänniteero voi todellakin olla niin pieni, että varaustilaa ei voida arvioida hyvällä tarkkuudella.

Alla olevasta kaaviosta käy ilmi, että 40%: n ja 80%: n DoD-arvon välinen jännitteen mittausero on noin 6.0 V 48 V: n akulle lyijyhappotekniikassa, kun taas litium-rauta-fosfaatille se on vain 0.5 V!

Kalibroituja latausilmaisimia voidaan kuitenkin käyttää erityisesti litiumioniakkuihin yleensä ja erityisesti litiumrautafosfaattiparistoihin. Tarkka mittaus yhdistettynä mallinnettuun käyrään mahdollistaa SoC-mittausten saavuttamisen 10-15 prosentin tarkkuudella.

2 / SoC-estimointi Coulomb Counting -menetelmällä

Akun lataustilan seuraamiseksi intuitiivisin tapa on seurata virtaa integroimalla se solun käytön aikana. Tämä integrointi antaa suoraan akusta ruiskutettujen tai poistettujen sähkövarausten lukumäärän, mikä mahdollistaa akun SoC: n tarkan kvantifioinnin.

Toisin kuin OCV-menetelmä, tämä menetelmä pystyy määrittämään lataustilan kehityksen akun käytön aikana. Tarkan mittauksen suorittamiseksi akun ei tarvitse olla levossa.

Coulomb-laskuri

Vaikka virtamittaus suoritetaan tarkkuusvastuksella, näytteenottotaajuuteen voi liittyä pieniä mittausvirheitä. Näiden marginaalivirheiden korjaamiseksi kalibrointilaskuri kalibroidaan uudelleen jokaisella kuormitusjaksolla.

Litium-ioni Lataustila (SoC) coulomb-laskennalla tehty mittaus sallii alle 1%: n mittausvirheen, mikä antaa erittäin tarkan ilmoituksen akussa jäljellä olevasta energiasta. Toisin kuin OCV-menetelmä, coulomb-laskenta on riippumatonta akun tehon vaihteluista (jotka aiheuttavat akun jännitehäviöitä), ja tarkkuus pysyy vakiona akun käytöstä riippumatta.