Oplaadstatus lithiumbatterij

Lithium-Ion State of Charge (SoC) meting

De lithium-ionbatterijen worden regelmatig gebruikt in verschillende toepassingen.Om een ​​effectief batterijgebruik en een langere levensduur te garanderen, is de batterijbeheersystemen (BMS) zijn werkzaam.Recente BMS'en worden steeds geavanceerder en veroorzaken een hoger verbruik van de batterij.De geschatte SoC wordt gekalibreerd door gebruik te maken van een originele gebeurtenisgestuurde Open Circuit Voltage (OCV) naar SoC-curverelatie.De bedachte systeemvergelijking wordt gemaakt met de traditionele tegenhangers.De resultaten tonen een meer dan derde orde van grootte outperformance van het voorgestelde systeem in termen van compressieversterking en rekenefficiëntie, terwijl een analoge SoC-schattingsprecisie wordt gegarandeerd.

Definitie en classificatie van SOC-schatting

SOC is een van de belangrijkste parameters voor batterijen, maar de definitie ervan brengt veel verschillende problemen met zich mee.Over het algemeen wordt de SOC van een batterij gedefinieerd als de verhouding tussen de huidige capaciteit () en de nominale capaciteit ().De nominale capaciteit wordt opgegeven door de fabrikant en vertegenwoordigt de maximale hoeveelheid lading die in de batterij kan worden opgeslagen.De SOC kan als volgt worden gedefinieerd:

Laadtoestand (SoC) is het laadniveau van een elektrische batterij in verhouding tot zijn capaciteit.De eenheden van SoC zijn procentpunten (0% = leeg; 100% = vol).Een alternatieve vorm van dezelfde maat is de ontladingsdiepte (DoD), het omgekeerde van SoC (100% = leeg; 0% = vol).

Er zijn verschillende manieren om een ​​Lithium-Ion State of Charge (SoC)-meting te krijgen of Diepte van ontlading (DoD) voor een lithiumbatterij.Sommige methoden zijn behoorlijk ingewikkeld om te implementeren en vereisen complexe apparatuur (impedantiespectroscopie of hydrometermeter voor loodzuuraccu's).

We zullen hier de twee meest gebruikelijke en eenvoudigste methoden beschrijven om de laadtoestand van een batterij te schatten: spanningsmethode of Nullastspanning (OCV ) en coulomb-telmethode.

1/ SoC-schatting met Open Circuit Voltage Method (OCV)

Alle soorten batterijen hebben één ding gemeen: de spanning op hun polen neemt af of toe afhankelijk van hun laadniveau.De spanning is het hoogst als de accu volledig is opgeladen en het laagst als deze leeg is.

Deze relatie tussen spanning en SOC is rechtstreeks afhankelijk van de gebruikte batterijtechnologie.In het onderstaande diagram worden als voorbeeld de ontlaadcurven tussen een loodaccu en een lithium-ionaccu vergeleken.

Te zien is dat loodzuuraccu's een relatief lineaire curve hebben, wat een goede inschatting van de laadtoestand mogelijk maakt: voor een gemeten spanning is het mogelijk om vrij nauwkeurig de waarde van de bijbehorende SoC in te schatten.

Lithium-ion-accu's hebben echter een veel vlakkere ontlaadcurve, wat betekent dat over een breed werkbereik de spanning aan de accupolen zeer weinig verandert.

Lithium-ijzerfosfaattechnologie heeft de vlakste ontladingscurve, waardoor het erg moeilijk is om de SoC in te schatten op basis van een eenvoudige spanningsmeting.Het spanningsverschil tussen twee SoC-waarden kan inderdaad zo klein zijn dat het niet mogelijk is om de laadtoestand met goede precisie in te schatten.

Het onderstaande diagram laat zien dat het spanningsmeetverschil tussen een DoD-waarde van 40% en 80% ongeveer 6,0V is voor een 48V-accu in loodzuurtechnologie, terwijl het slechts 0,5V is voor lithium-ijzerfosfaat!

Gekalibreerde laadindicatoren kunnen echter specifiek worden gebruikt voor lithium-ionbatterijen in het algemeen en lithium-ijzerfosfaatbatterijen in het bijzonder.Een nauwkeurige meting, gekoppeld aan een gemodelleerde belastingscurve, maakt SoC-metingen mogelijk met een nauwkeurigheid van 10 tot 15%.

2/ SoC-schatting met behulp van de Coulomb-telmethode

Om de laadtoestand bij het gebruik van de batterij te volgen, is de meest intuïtieve methode om de stroom te volgen door deze te integreren tijdens het gebruik van de cel.Deze integratie geeft direct het aantal elektrische ladingen dat wordt geïnjecteerd of onttrokken aan de batterij, waardoor het mogelijk wordt om de SoC van de batterij nauwkeurig te kwantificeren.

In tegenstelling tot de OCV-methode kan met deze methode de evolutie van de laadtoestand tijdens het gebruik van de batterij worden bepaald.De batterij hoeft niet stil te staan ​​om een ​​nauwkeurige meting uit te voeren.

Coulomb teller

Hoewel de stroommeting wordt uitgevoerd door een precisieweerstand, kunnen kleine meetfouten optreden, gerelateerd aan de bemonsteringsfrequentie.Om deze marginale fouten te corrigeren, wordt de coulombteller bij elke laadcyclus opnieuw gekalibreerd.

Lithium-Ion Ladingstoestand (SoC) meting door middel van coulombtelling maakt een meetfout van minder dan 1% mogelijk, wat een zeer nauwkeurige indicatie van de resterende energie in de batterij mogelijk maakt.In tegenstelling tot de OCV-methode is het tellen van coulomb onafhankelijk van schommelingen in het batterijvermogen (die ervoor zorgen dat de batterijspanning daalt), en de nauwkeurigheid blijft constant, ongeacht het batterijgebruik.