Stav nabitia lítiovej batérie

Meranie lítium-iónového stavu nabitia (SoC).

Lítium-iónové batérie sa opakovane používajú v rôznych aplikáciách.Aby sa zabezpečilo efektívne využitie batérie a dlhšia životnosť, systémy správy batérií (BMS) sú zamestnaní.Nedávne BMS sa stávajú sofistikovanejšie a spôsobujú vyššiu spotrebu batérie.Odhadovaný SoC sa kalibruje pomocou pôvodného vzťahu medzi napätím otvoreného okruhu (OCV) a krivkou SoC.Navrhnuté porovnanie systému sa robí s tradičnými náprotivkami.Výsledky demonštrujú viac ako tretiu rádovo vyššiu výkonnosť navrhovaného systému, pokiaľ ide o zisk kompresie a výpočtovú efektivitu, pričom zabezpečujú analogickú presnosť odhadu SoC.

Definícia a klasifikácia odhadu SOC

SOC je jedným z najdôležitejších parametrov pre batérie, ale jeho definícia predstavuje veľa rôznych problémov.Vo všeobecnosti je SOC batérie definovaná ako pomer jej aktuálnej kapacity () k nominálnej kapacite ().Nominálna kapacita je udávaná výrobcom a predstavuje maximálne množstvo nabitia, ktoré je možné do batérie uložiť.SOC možno definovať takto:

Stav nabitia (SoC) je úroveň nabitia elektrickej batérie v pomere k jej kapacite.Jednotky SoC sú percentuálne body (0 % = prázdny; 100 % = plný).Alternatívnou formou rovnakého merania je hĺbka vybitia (DoD), inverzná hodnota SoC (100 % = prázdny; 0 % = plný).

Existuje niekoľko spôsobov, ako získať meranie Lithium-Ion State of Charge (SoC) resp Hĺbka vybitia (DoD) pre lítiovú batériu.Niektoré metódy sú pomerne komplikované na implementáciu a vyžadujú zložité vybavenie (impedančná spektroskopia alebo hustomer pre olovené batérie).

Tu podrobne rozoberieme dva najbežnejšie a najjednoduchšie spôsoby odhadu stavu nabitia batérie: napäťovú metódu resp Napätie otvoreného okruhu (OCV ) a coulombovu metódu počítania.

1/ Odhad SoC pomocou metódy otvoreného napätia (OCV)

Všetky typy batérií majú jedno spoločné: napätie na ich svorkách sa znižuje alebo zvyšuje v závislosti od úrovne ich nabitia.Napätie bude najvyššie, keď je batéria úplne nabitá a najnižšie, keď je vybitá.

Tento vzťah medzi napätím a SOC závisí priamo od použitej technológie batérie.Ako príklad nižšie uvedený diagram porovnáva krivky vybíjania medzi olovenou batériou a lítium-iónovou batériou.

Je vidieť, že olovené batérie majú relatívne lineárnu krivku, čo umožňuje dobrý odhad stavu nabitia: pre namerané napätie je možné pomerne presne odhadnúť hodnotu súvisiaceho SoC.

Lítium-iónové batérie však majú oveľa plochejšiu krivku vybíjania, čo znamená, že v širokom prevádzkovom rozsahu sa napätie na svorkách batérie mení veľmi mierne.

Technológia Lithium Iron Phosphate má najplochejšiu krivku vybíjania, čo veľmi sťažuje odhad SoC pri jednoduchom meraní napätia.Rozdiel napätia medzi dvoma hodnotami SoC môže byť skutočne taký malý, že nie je možné odhadnúť stav nabitia s dobrou presnosťou.

Nižšie uvedený diagram ukazuje, že rozdiel merania napätia medzi hodnotou DoD 40 % a 80 % je približne 6,0 V pre 48 V batériu v olovenej technológii, zatiaľ čo pre lítium-železo-fosfát je to len 0,5 V!

Kalibrované indikátory nabitia je však možné použiť špecificky pre lítium-iónové batérie vo všeobecnosti a zvlášť pre lítium-železofosfátové batérie.Presné meranie v spojení s modelovanou krivkou zaťaženia umožňuje získať merania SoC s presnosťou 10 až 15 %.

2/ Odhad SoC pomocou metódy Coulomb Counting

Na sledovanie stavu nabitia pri používaní batérie je najintuitívnejšou metódou sledovať prúd jeho integráciou počas používania batérie.Táto integrácia priamo udáva počet elektrických nábojov vstreknutých alebo odobratých z batérie, čím je možné presne kvantifikovať SoC batérie.

Na rozdiel od metódy OCV je táto metóda schopná určiť vývoj stavu nabitia počas používania batérie.Na vykonanie presného merania nie je potrebné, aby bola batéria v pokoji.

Coulombov pult

Aj keď sa meranie prúdu vykonáva pomocou presného odporu, môžu sa vyskytnúť malé chyby merania súvisiace so vzorkovacou frekvenciou.Na opravu týchto marginálnych chýb sa coulombovské počítadlo prekalibruje pri každom zaťažovacom cykle.

Lítium-iónové Stav nabitia (SoC) meranie vykonané coulombovým počítaním umožňuje chybu merania menšiu ako 1%, čo umožňuje veľmi presné zobrazenie energie zostávajúcej v batérii.Na rozdiel od metódy OCV je počítanie coulombov nezávislé od kolísania energie batérie (ktoré spôsobuje pokles napätia batérie) a presnosť zostáva konštantná bez ohľadu na používanie batérie.