Stanje napolnjenosti litijeve baterije

Merjenje litij-ionskega stanja napolnjenosti (SoC).

Litij-ionske baterije se pogosto uporabljajo v različnih aplikacijah.Da bi zagotovili učinkovito izrabo baterije in daljšo življenjsko dobo, je sistemi za upravljanje baterije (BMS) so zaposleni.Najnovejši BMS-ji postajajo izpopolnjeni in povzročajo višjo porabo dodatnih stroškov baterije.Ocenjeni SoC je kalibriran z uporabo izvirne povezave napetosti odprtega tokokroga (OCV) in krivulje SoC.Zasnovan sistem primerjamo s tradicionalnimi primerki.Rezultati kažejo več kot tretji red velikosti, ki presega zmogljivost predlaganega sistema v smislu povečanja stiskanja in računalniške učinkovitosti, hkrati pa zagotavlja analogno natančnost ocene SoC.

Opredelitev in klasifikacija ocene SOC

SOC je eden najpomembnejših parametrov za baterije, vendar njegova definicija predstavlja veliko različnih vprašanj.Na splošno je SOC baterije opredeljen kot razmerje med njeno trenutno kapaciteto () in nazivno kapaciteto ().Nazivno kapaciteto podaja proizvajalec in predstavlja največjo količino napolnjenosti, ki jo je mogoče shraniti v bateriji.SOC je mogoče opredeliti na naslednji način:

Stanje napolnjenosti (SoC) je raven napolnjenosti električne baterije glede na njeno zmogljivost.Enote SoC so odstotne točke (0 % = prazno; 100 % = polno).Alternativna oblika iste mere je globina praznjenja (DoD), inverzna SoC (100 % = prazno; 0 % = polno).

Obstaja več načinov, kako pridobiti meritev litij-ionskega stanja napolnjenosti (SoC) oz Globina praznjenja (DoD) za litijevo baterijo.Nekatere metode so precej zapletene za izvedbo in zahtevajo kompleksno opremo (impedančna spektroskopija ali hidrometer za svinčeve baterije).

Tukaj bomo podrobno opisali dve najpogostejši in najpreprostejši metodi za oceno stanja napolnjenosti baterije: napetostno metodo oz Napetost odprtega tokokroga (OCV ) in metoda coulombovega štetja.

1/ Ocena SoC z uporabo metode odprte napetosti (OCV)

Vse vrste baterij imajo eno skupno stvar: napetost na njihovih sponkah se zmanjša ali poveča glede na stopnjo napolnjenosti.Napetost bo najvišja, ko je baterija popolnoma napolnjena, najnižja pa, ko je prazna.

To razmerje med napetostjo in SOC je neposredno odvisno od uporabljene tehnologije baterije.Kot primer spodnji diagram primerja krivulje praznjenja med svinčeno baterijo in litij-ionsko baterijo.

Vidimo lahko, da imajo svinčeve baterije razmeroma linearno krivuljo, ki omogoča dobro oceno stanja napolnjenosti: za izmerjeno napetost je mogoče dokaj natančno oceniti vrednost pripadajočega SoC.

Vendar imajo litij-ionske baterije veliko bolj položno krivuljo praznjenja, kar pomeni, da se v širokem območju delovanja napetost na sponkah baterije zelo malo spremeni.

Tehnologija litijevega železovega fosfata ima najbolj ravno krivuljo praznjenja, zaradi česar je zelo težko oceniti SoC na preprosti meritvi napetosti.Dejansko je napetostna razlika med dvema vrednostma SoC lahko tako majhna, da stanja napolnjenosti ni mogoče oceniti z dobro natančnostjo.

Spodnji diagram kaže, da je razlika v merjenju napetosti med vrednostjo DoD 40 % in 80 % približno 6,0 V za 48 V baterijo v svinčeno-kislinski tehnologiji, medtem ko je le 0,5 V za litij-železo-fosfat!

Vendar pa se lahko umerjeni indikatorji napolnjenosti uporabljajo posebej za litij-ionske baterije na splošno in še posebej za litij-železove fosfatne baterije.Natančna meritev, skupaj z modelirano krivuljo obremenitve, omogoča meritve SoC z natančnostjo od 10 do 15 %.

2/ Ocena SoC z metodo Coulombovega štetja

Za sledenje stanju napolnjenosti pri uporabi baterije je najbolj intuitivna metoda sledenje toku z integracijo med uporabo celice.Ta integracija neposredno poda število električnih nabojev, vbrizganih ali odvzetih iz baterije, kar omogoča natančno kvantificiranje SoC baterije.

Za razliko od metode OCV lahko ta metoda določi razvoj stanja napolnjenosti med uporabo baterije.Za natančno meritev ni potrebno, da baterija miruje.

Coulombov števec

Čeprav meritve toka izvaja natančni upor, lahko pride do majhnih napak pri meritvah, povezanih s frekvenco vzorčenja.Da bi popravili te mejne napake, se kulonski števec ponovno umeri pri vsakem ciklu obremenitve.

Litij-ionska Stanje napolnjenosti (SoC) meritev s kulonskim štetjem omogoča merilno napako manj kot 1 %, kar omogoča zelo natančno indikacijo preostale energije v bateriji.Za razliko od metode OCV je kulonsko štetje neodvisno od nihanj moči akumulatorja (ki povzročajo padce napetosti akumulatorja), natančnost pa ostaja konstantna ne glede na porabo akumulatorja.