Стан заряду літієвої батареї

Вимірювання рівня заряду літій-іонів (SoC).

Літій-іонні батареї регулярно використовуються в різних сферах застосування.Щоб забезпечити ефективне використання батареї та подовжити термін служби, системи керування акумулятором (BMS) працевлаштовані.Останні BMS стають складнішими та спричиняють вищі накладні витрати на споживання акумулятора.Розрахункова SoC калібрується за допомогою оригінального зв’язку напруги відкритого ланцюга (OCV) і кривої SoC.Проведено порівняння розробленої системи з традиційними аналогами.Результати демонструють перевагу запропонованої системи більш ніж на третій порядок величини з точки зору коефіцієнта стиснення та обчислювальної ефективності, забезпечуючи при цьому аналогічну точність оцінки SoC.

Визначення та класифікація оцінки SOC

SOC є одним із найважливіших параметрів для акумуляторів, але його визначення викликає багато різних проблем.Загалом SOC батареї визначається як відношення її поточної ємності () до номінальної ємності ().Номінальна ємність вказана виробником і відповідає максимальному заряду, який може зберігатися в акумуляторі.SOC можна визначити таким чином:

Стан заряду (SoC) це рівень заряду електричної батареї відносно її ємності.Одиницями SoC є відсоткові пункти (0% = порожній; 100% = повний).Альтернативною формою того самого вимірювання є глибина розряду (DoD), зворотна SoC (100% = порожній; 0% = повний).

Є кілька способів отримати вимірювання рівня заряду літій-іонів (SoC). Глибина розряду (DoD) для літієвої батареї.Деякі методи досить складні в реалізації і вимагають складного обладнання (імпедансної спектроскопії або ареометра для свинцево-кислотних акумуляторів).

Тут ми докладно розглянемо два найпоширеніші та найпростіші методи оцінки стану заряду батареї: метод напруги або Напруга відкритого ланцюга (OCV ) і кулонівський метод підрахунку.

1/ Оцінка SoC за допомогою методу напруги відкритого ланцюга (OCV)

Усі типи акумуляторів мають одну спільну рису: напруга на їхніх клемах зменшується або підвищується залежно від рівня заряду.Напруга буде найвищою, коли батарея повністю заряджена, і найменшою, коли вона розряджена.

Цей зв’язок між напругою та SOC безпосередньо залежить від технології використання батареї.Як приклад, на діаграмі нижче порівнюються криві розряду між свинцевою та літій-іонною батареєю.

Можна побачити, що свинцево-кислотні батареї мають відносно лінійну криву, що дозволяє добре оцінити стан заряду: для виміряної напруги можна досить точно оцінити значення пов’язаного SoC.

Однак літій-іонні батареї мають набагато більш плоску криву розряду, що означає, що в широкому робочому діапазоні напруга на клемах батареї змінюється дуже незначно.

Технологія Lithium Iron Phosphate має найплоскішу криву розряду, що дуже ускладнює оцінку SoC за допомогою простого вимірювання напруги.Дійсно, різниця напруг між двома значеннями SoC може бути настільки малою, що неможливо оцінити стан заряду з достатньою точністю.

На діаграмі нижче показано, що різниця вимірювань напруги між значенням DoD 40% і 80% становить близько 6,0 В для батареї 48 В у свинцево-кислотній технології, тоді як для літій-залізо-фосфатної батареї вона становить лише 0,5 В!

Однак калібровані індикатори заряду можна використовувати спеціально для літій-іонних акумуляторів загалом і літій-залізо-фосфатних акумуляторів зокрема.Точне вимірювання разом із змодельованою кривою навантаження дозволяє отримати вимірювання SoC з точністю від 10 до 15%.

2/ Оцінка SoC за допомогою методу підрахунку Кулона

Щоб відстежувати стан заряду під час використання батареї, найбільш інтуїтивно зрозумілим методом є стежити за струмом, інтегруючи його під час використання елемента.Ця інтеграція безпосередньо дає кількість електричних зарядів, введених або вилучених з батареї, що дає змогу точно кількісно визначити SoC батареї.

На відміну від методу OCV, цей метод здатний визначити еволюцію стану заряду під час використання батареї.Для точного вимірювання не потрібно, щоб батарея була в стані спокою.

Лічильник Кулона

Хоча вимірювання струму виконується прецизійним резистором, можуть виникнути невеликі похибки вимірювання, пов’язані з частотою дискретизації.Щоб виправити ці граничні похибки, кулонівський лічильник повторно калібрують під час кожного циклу навантаження.

Літій-іонний Стан заряду (SoC) вимірювання, виконане кулонським підрахунком, допускає похибку вимірювання менше ніж 1%, що дозволяє дуже точно визначити енергію, що залишилася в батареї.На відміну від методу OCV, підрахунок кулонів не залежить від коливань заряду батареї (що спричиняє падіння напруги батареї), і точність залишається незмінною незалежно від використання батареї.