מצב טעינה של סוללת ליתיום

מדידת מצב טעינה של ליתיום-יון (SoC).

סוללות הליתיום-יון נמצאות בשימוש חוזר במגוון יישומים.כדי להבטיח ניצול יעיל של הסוללה וחיים ארוכים יותר, ה מערכות ניהול סוללות (BMS) מועסקים.BMSs אחרונים הופכים מתוחכמים וגורמים לצריכה גבוהה יותר בסוללה.ה-SoC המשוער מכויל על ידי שימוש מקורי של מתח מעגל פתוח (OCV) מונע על ידי אירועים ליחס עקומת SoC.השוואת המערכת המתוכננת נעשית עם המקבילים המסורתיים.התוצאות מראות ביצועים גבוהים יותר מסדר גודל של יותר של המערכת המוצעת במונחים של רווח דחיסה ויעילות חישובית תוך הבטחת דיוק הערכת SoC אנלוגי.

הגדרה וסיווג של הערכת SOC

SOC הוא אחד הפרמטרים החשובים ביותר לסוללות, אך ההגדרה שלו מציגה בעיות רבות ושונות.באופן כללי, ה-SOC של סוללה מוגדר כיחס בין הקיבולת הנוכחית שלה () לקיבולת הנומינלית ().הקיבולת הנומינלית ניתנת על ידי היצרן ומייצגת את כמות הטעינה המקסימלית שניתן לאחסן בסוללה.ניתן להגדיר את ה-SOC באופן הבא:

מצב טעינה (SoC) היא רמת הטעינה של סוללה חשמלית ביחס לקיבולת שלה.היחידות של SoC הן נקודות אחוז (0% = ריק; 100% = מלא).צורה חלופית של אותה מידה היא עומק הפריקה (DoD), היפוך של SoC (100% = ריק; 0% = מלא).

ישנן מספר דרכים לקבל מדידת מצב טעינה של ליתיום-יון (SoC) או עומק פריקה (DoD) עבור סוללת ליתיום.כמה שיטות מסובכות למדי ליישום ודורשות ציוד מורכב (ספקטרוסקופיה עכבה או מד הידרומטר לסוללות עופרת חומצה).

נפרט כאן את שתי השיטות הנפוצות והפשוטות ביותר להערכת מצב טעינה של סוללה: שיטת מתח או מתח מעגל פתוח (OCV ) ושיטת ספירת קולומב.

1/ אומדן SoC באמצעות שיטת מתח מעגל פתוח (OCV)

לכל סוגי הסוללות יש דבר אחד במשותף: המתח במסופים שלהם יורד או עולה בהתאם לרמת הטעינה שלהם.המתח יהיה הגבוה ביותר כאשר הסוללה טעונה במלואה והנמוך ביותר כאשר היא ריקה.

קשר זה בין מתח ל-SOC תלוי ישירות בטכנולוגיית הסוללה המשמשת.כדוגמה, התרשים שלהלן משווה את עקומות הפריקה בין סוללת עופרת לסוללת ליתיום-יון.

ניתן לראות שלסוללות עופרת-חומצה יש עקומה ליניארית יחסית, המאפשרת הערכה טובה של מצב הטעינה: עבור מתח נמדד, ניתן להעריך בצורה מדויקת למדי את ערכו של ה-SoC המשויך.

עם זאת, לסוללות ליתיום-יון יש עקומת פריקה שטוחה בהרבה, מה שאומר שבטווח פעולה רחב, המתח במסופי הסוללה משתנה מעט מאוד.

לטכנולוגיית Lithium Iron Phosphate יש את עקומת הפריקה השטוחה ביותר, מה שמקשה מאוד על הערכת SoC במדידת מתח פשוטה.ואכן, הפרש המתח בין שני ערכי SoC עשוי להיות כה קטן עד שלא ניתן להעריך את מצב הטעינה בדיוק טוב.

התרשים שלהלן מראה שהפרש מדידת המתח בין ערך DoD של 40% ל-80% הוא כ-6.0V עבור סוללת 48V בטכנולוגיית חומצה עופרת, בעוד שהוא רק 0.5V עבור ליתיום-ברזל-פוספט!

עם זאת, ניתן להשתמש במחווני טעינה מכוילים במיוחד עבור סוללות ליתיום-יון בכלל וסוללות ליתיום ברזל פוספט בפרט.מדידה מדויקת, יחד עם עקומת עומס מדגם, מאפשרת לקבל מדידות SoC בדיוק של 10 עד 15%.

2/ אומדן SoC בשיטת ספירת קולומב

כדי לעקוב אחר מצב הטעינה בעת השימוש בסוללה, השיטה האינטואיטיבית ביותר היא לעקוב אחר הזרם על ידי שילובו במהלך השימוש בסלולרי.אינטגרציה זו נותנת ישירות את מספר המטענים החשמליים שהוזרקו או נשלפו מהסוללה, ובכך מאפשרת לכמת במדויק את ה-SoC של הסוללה.

בניגוד לשיטת OCV, שיטה זו מסוגלת לקבוע את התפתחות מצב הטעינה במהלך השימוש בסוללה.זה לא מחייב את הסוללה במנוחה כדי לבצע מדידה מדויקת.

דלפק קולומב

למרות שמדידת הזרם מתבצעת על ידי נגד מדויק, עלולות להתרחש שגיאות מדידה קטנות, הקשורות לתדירות הדגימה.כדי לתקן שגיאות שוליות אלו, מונה הקולומב מכויל מחדש בכל מחזור עומס.

ליתיום-יון מצב טעינה (SoC) מדידה הנעשית באמצעות ספירת קולומב מאפשרת טעות מדידה של פחות מ-1%, המאפשרת חיווי מדויק מאוד של האנרגיה שנותרה בסוללה.בניגוד לשיטת OCV, ספירת קולומב אינה תלויה בתנודות בצריכת הסוללה (שגורמות לירידות מתח הסוללה), והדיוק נשאר קבוע ללא קשר לשימוש בסוללה.