Stan naładowania baterii litowej

Pomiar stanu naładowania litowo-jonowego (SoC).

Baterie litowo-jonowe są wielokrotnie wykorzystywane w różnych zastosowaniach.Aby zapewnić efektywne wykorzystanie baterii i dłuższą żywotność, systemy zarządzania baterią (BMS) są zatrudnieni.Najnowsze systemy BMS stają się coraz bardziej wyrafinowane i powodują większe zużycie baterii.Szacowany SoC jest kalibrowany przy użyciu oryginalnej relacji napięcia obwodu otwartego (OCV) sterowanej zdarzeniami do krzywej SoC.Opracowany system został porównany z jego tradycyjnymi odpowiednikami.Wyniki wskazują, że proponowany system jest o ponad trzeci rząd wielkości lepszy pod względem wzmocnienia kompresji i wydajności obliczeniowej, przy jednoczesnym zapewnieniu analogicznej precyzji oszacowania SoC.

Definicja i klasyfikacja szacowania SOC

SOC to jeden z najważniejszych parametrów akumulatorów, jednak jego definicja wiąże się z wieloma różnymi zagadnieniami.Ogólnie rzecz biorąc, SOC akumulatora definiuje się jako stosunek jego pojemności prądowej () do pojemności nominalnej ().Nominalna pojemność jest podawana przez producenta i reprezentuje maksymalną ilość ładunku, jaką można zgromadzić w akumulatorze.SOC można zdefiniować w następujący sposób:

Stan naładowania (SoC) to poziom naładowania akumulatora elektrycznego w stosunku do jego pojemności.Jednostki SoC to punkty procentowe (0% = pusty; 100% = pełny).Alternatywną formą tej samej miary jest głębokość rozładowania (DoD), odwrotność SoC (100% = pusty; 0% = pełny).

Istnieje kilka sposobów uzyskania pomiaru stanu naładowania litowo-jonowego (SoC) lub Głębokość rozładowania (DoD) dla baterii litowej.Niektóre metody są dość skomplikowane do wdrożenia i wymagają złożonego sprzętu (spektroskopia impedancyjna lub areometr do akumulatorów kwasowo-ołowiowych).

Wyszczególnimy tutaj dwie najczęstsze i najprostsze metody szacowania stanu naładowania baterii: metoda napięciowa lub Napięcie obwodu otwartego (OCV ) i metoda liczenia kulombów.

1/ Estymacja SoC przy użyciu metody napięcia obwodu otwartego (OCV)

Wszystkie typy akumulatorów mają jedną wspólną cechę: napięcie na ich zaciskach maleje lub rośnie w zależności od poziomu naładowania.Napięcie będzie najwyższe, gdy akumulator jest w pełni naładowany, a najniższe, gdy akumulator jest pusty.

Ta zależność między napięciem a SOC zależy bezpośrednio od zastosowanej technologii baterii.Jako przykład, poniższy diagram porównuje krzywe rozładowania między akumulatorem ołowiowym a akumulatorem litowo-jonowym.

Można zauważyć, że akumulatory kwasowo-ołowiowe mają stosunkowo liniową krzywą, co pozwala na dobre oszacowanie stanu naładowania: dla zmierzonego napięcia możliwe jest dość dokładne oszacowanie wartości skojarzonego SoC.

Jednak akumulatory litowo-jonowe mają znacznie bardziej płaską krzywą rozładowania, co oznacza, że ​​w szerokim zakresie pracy napięcie na zaciskach akumulatora zmienia się bardzo nieznacznie.

Technologia litowo-żelazowo-fosforanowa ma najbardziej płaską krzywą rozładowania, co bardzo utrudnia oszacowanie SoC na podstawie prostego pomiaru napięcia.Rzeczywiście, różnica napięcia między dwoma wartościami SoC może być tak mała, że ​​nie jest możliwe oszacowanie stanu naładowania z dobrą precyzją.

Z poniższego wykresu wynika, że ​​różnica pomiaru napięcia między wartością DoD 40% a 80% wynosi około 6,0 V dla akumulatora 48 V w technologii kwasowo-ołowiowej, podczas gdy dla akumulatora litowo-żelazowo-fosforanowego wynosi tylko 0,5 V!

Jednak skalibrowane wskaźniki naładowania mogą być stosowane w szczególności do akumulatorów litowo-jonowych, aw szczególności do akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych.Precyzyjny pomiar w połączeniu z modelowaną krzywą obciążenia pozwala uzyskać pomiary SoC z dokładnością od 10 do 15%.

2/ Estymacja SoC metodą Coulomb Counting

Aby śledzić stan naładowania podczas korzystania z baterii, najbardziej intuicyjną metodą jest śledzenie prądu poprzez integrację go podczas korzystania z ogniwa.Ta integracja bezpośrednio podaje liczbę ładunków elektrycznych wprowadzonych lub pobranych z akumulatora, umożliwiając w ten sposób precyzyjne określenie ilościowe SoC akumulatora.

W przeciwieństwie do metody OCV, metoda ta jest w stanie określić ewolucję stanu naładowania podczas użytkowania baterii.Do wykonania dokładnego pomiaru nie jest wymagany stan spoczynku akumulatora.

Licznik kulombowski

Chociaż pomiar prądu jest wykonywany przez precyzyjny rezystor, mogą wystąpić niewielkie błędy pomiaru, związane z częstotliwością próbkowania.Aby skorygować te marginalne błędy, licznik kulombów jest ponownie kalibrowany w każdym cyklu obciążenia.

Litowo-jonowa Stan naładowania (SoC) pomiar wykonany metodą kulombowską pozwala na błąd pomiaru mniejszy niż 1%, co pozwala na bardzo dokładne wskazanie energii pozostałej w akumulatorze.W przeciwieństwie do metody OCV, liczenie kulombowskie jest niezależne od wahań mocy baterii (które powodują spadki napięcia baterii), a dokładność pozostaje stała niezależnie od zużycia baterii.