Lithium rafhlaða Hleðsluástand

Lithium-Ion State of Charge (SoC) mæling

Lithium-ion rafhlöðurnar eru endurteknar notaðar í margs konar forritum.Til að tryggja skilvirka rafhlöðunotkun og lengri endingu, rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS) eru starfandi.Nýleg BMS eru að verða háþróuð og valda meiri eyðslu á rafhlöðunni.Áætlaður SoC er kvarðaður með því að nota upprunalega atburðadrifið Open Circuit Voltage (OCV) til SoC feriltengsl.Upphugsaður kerfissamanburður er gerður við hefðbundna hliðstæða.Niðurstöður sýna meira en þriðju stærðargráðu betri frammistöðu fyrirhugaðs kerfis hvað varðar samþjöppunarávinning og reikniskilvirkni á sama tíma og þeir tryggja hliðstæða SoC matsnákvæmni.

Skilgreining og flokkun SOC mats

SOC er ein mikilvægasta færibreytan fyrir rafhlöður, en skilgreiningin sýnir mörg mismunandi vandamál.Almennt séð er SOC rafhlöðu skilgreint sem hlutfall núverandi getu hennar () og nafngetu ().Nafnrýmið er gefið upp af framleiðanda og táknar hámarks hleðslumagn sem hægt er að geyma í rafhlöðunni.SOC má skilgreina sem hér segir:

Ástand gjalds (SoC) er hleðslustig rafhlöðu miðað við getu hennar.Einingar SoC eru prósentustig (0% = tómt; 100% = fullt).Önnur mynd af sama mælikvarða er losunardýpt (DoD), andhverfa SoC (100% = tómt; 0% = fullt).

Það eru nokkrar leiðir til að fá lithium-ion state of charge (SoC) mælingu eða Dýpt losunar (DoD) fyrir litíum rafhlöðu.Sumar aðferðir eru frekar flóknar í framkvæmd og krefjast flókins búnaðar (viðnám litrófsgreiningar eða vatnsmælismælir fyrir blýsýrurafhlöður).

Við munum lýsa hér tveimur algengustu og einföldustu aðferðunum til að meta hleðsluástand rafhlöðu: spennuaðferð eða Opinn hringspenna (OCV ) og Coulomb talningaraðferð.

1/ SoC mat með því að nota Open Circuit Voltage Method (OCV)

Allar tegundir rafgeyma eiga það sameiginlegt að spenna á skautunum minnkar eða eykst eftir hleðslustigi.Spennan verður hæst þegar rafhlaðan er fullhlaðin og minnst þegar hún er tóm.

Þetta samband milli spennu og SOC fer beint eftir rafhlöðutækninni sem notuð er.Sem dæmi, skýringarmyndin hér að neðan ber saman afhleðsluferla milli blýrafhlöðu og litíumjónarafhlöðu.

Það má sjá að blý-sýru rafhlöður hafa tiltölulega línulegan feril, sem gerir gott mat á hleðsluástandi: fyrir mælda spennu er hægt að áætla nokkuð nákvæmlega gildi tilheyrandi SoC.

Hins vegar eru litíumjónarafhlöður með mun flatari afhleðsluferil sem þýðir að á breitt rekstrarsvið breytist spennan á rafhlöðutengjunum mjög lítillega.

Lithium Iron Phosphate tæknin er með flatasta losunarferilinn sem gerir það mjög erfitt að áætla SoC á einfaldri spennumælingu.Reyndar getur spennumunurinn á milli tveggja SoC-gilda verið svo lítill að ekki er hægt að áætla hleðsluástandið með góðri nákvæmni.

Skýringarmyndin hér að neðan sýnir að spennumælingarmunurinn á milli DoD gildis sem er 40% og 80% er um 6,0V fyrir 48V rafhlöðu í blýsýrutækni, á meðan hann er aðeins 0,5V fyrir litíum-járn-fosfat!

Hins vegar er hægt að nota kvarðaða hleðsluvísa sérstaklega fyrir litíumjónarafhlöður almennt og litíumjárnfosfat rafhlöður sérstaklega.Nákvæm mæling, ásamt líkönuðum álagsferil, gerir kleift að fá SoC mælingar með nákvæmni upp á 10 til 15%.

2/ SoC mat með Coulomb Counting aðferð

Til að fylgjast með hleðsluástandinu þegar rafhlaðan er notuð er leiðandi aðferðin að fylgja straumnum með því að samþætta hann við notkun á farsíma.Þessi samþætting gefur beint upp fjölda rafhleðslna sem sprautað er inn eða teknar úr rafhlöðunni og gerir þannig mögulegt að mæla SoC rafhlöðunnar nákvæmlega.

Ólíkt OCV aðferðinni er þessi aðferð fær um að ákvarða þróun hleðsluástandsins við notkun rafhlöðunnar.Það þarf ekki að rafhlaðan sé í kyrrstöðu til að framkvæma nákvæma mælingu.

Coulomb teljari

Þó að straummæling sé framkvæmd með nákvæmni viðnám, geta litlar mæliskekkjur komið fram, tengdar sýnatökutíðni.Til að leiðrétta þessar jaðarvillur er coulomb-teljarinn endurkvarðaður við hverja álagslotu.

Litíum-jón Hleðsluástand (SoC) mæling sem gerð er með coulomb-talningu leyfir mæliskekkju sem er innan við 1%, sem gerir mjög nákvæma vísbendingu um orkuna sem eftir er í rafhlöðunni.Ólíkt OCV aðferðinni er coulomb talning óháð sveiflum í rafhlöðuorku (sem valda spennufalli rafhlöðu) og nákvæmni helst óháð rafhlöðunotkun.