La teoria de la càrrega i descàrrega de liti i el disseny del mètode de càlcul de l'electricitat
2. Introducció al mesurador de bateria
2.1 Introducció de la funció del comptador d'electricitat
La gestió de la bateria es pot considerar com a part de la gestió de l'energia.En la gestió de la bateria, el comptador d'electricitat s'encarrega d'estimar la capacitat de la bateria.La seva funció bàsica és controlar la tensió, el corrent de càrrega/descàrrega i la temperatura de la bateria, i estimar l'estat de càrrega (SOC) i la capacitat de càrrega completa (FCC) de la bateria.Hi ha dos mètodes típics per estimar l'estat de càrrega de la bateria: el mètode de voltatge de circuit obert (OCV) i el mètode coulomètric.L'altre mètode és l'algorisme de tensió dinàmica dissenyat per RICHTEK.
2.2 Mètode de tensió de circuit obert
És fàcil realitzar el comptador d'electricitat mitjançant el mètode de tensió de circuit obert, que es pot obtenir comprovant l'estat de càrrega corresponent de la tensió de circuit obert.Se suposa que la tensió de circuit obert és la tensió del terminal de la bateria quan la bateria està en repòs durant més de 30 minuts.
La corba de tensió de la bateria variarà segons la càrrega, la temperatura i l'envelliment de la bateria.Per tant, un voltímetre de circuit obert fix no pot representar completament l'estat de càrrega;L'estat de càrrega no es pot estimar només consultant la taula.En altres paraules, si l'estat de càrrega s'estima només mirant la taula, l'error serà gran.
La figura següent mostra que l'estat de càrrega (SOC) de la mateixa tensió de la bateria és molt diferent pel mètode de tensió de circuit obert durant la càrrega i la descàrrega.
Figura 5. Tensió de la bateria en condicions de càrrega i descàrrega
A la figura següent es pot veure que l'estat de càrrega varia molt sota diferents càrregues durant la descàrrega.Així, bàsicament, el mètode de tensió de circuit obert només és adequat per a sistemes que requereixen una baixa precisió de l'estat de càrrega, com ara els cotxes que utilitzen bateries de plom-àcid o fonts d'alimentació ininterrompuda.
Figura 6. Tensió de la bateria sota diferents càrregues durant la descàrrega
2.3 Mètode coulomètric
El principi de funcionament de la coulometria és connectar una resistència de detecció al camí de càrrega/descàrrega de la bateria.L'ADC mesura la tensió de la resistència de detecció i la converteix en el valor actual de la bateria que s'està carregant o descarregant.El comptador en temps real (RTC) pot integrar el valor actual amb el temps per saber quants coulombs flueixen.
Figura 7. Mode de treball bàsic del mètode de mesura del coulomb
El mètode coulomètric pot calcular amb precisió l'estat de càrrega en temps real durant la càrrega o la descàrrega.Amb el comptador de coulomb de càrrega i el comptador de coulomb de descàrrega, pot calcular la capacitat elèctrica residual (RM) i la capacitat de càrrega completa (FCC).Al mateix temps, la capacitat de càrrega restant (RM) i la capacitat de càrrega completa (FCC) també es poden utilitzar per calcular l'estat de càrrega (SOC=RM/FCC).A més, també pot estimar el temps restant, com ara l'esgotament de potència (TTE) i la plenitud de potència (TTF).
Figura 8. Fórmula de càlcul del mètode coulomb
Hi ha dos factors principals que causen la desviació de precisió de la metrologia de coulomb.El primer és l'acumulació d'error de compensació en la detecció de corrent i la mesura de l'ADC.Tot i que l'error de mesura és relativament petit amb la tecnologia actual, si no hi ha un bon mètode per eliminar-lo, l'error augmentarà amb el temps.La figura següent mostra que en l'aplicació pràctica, si no hi ha correcció en la durada del temps, l'error acumulat és il·limitat.
Figura 9. Error acumulat del mètode coulomb
Per tal d'eliminar l'error acumulat, hi ha tres moments possibles en el funcionament normal de la bateria: final de càrrega (EOC), final de descàrrega (EOD) i descans (Relax).La bateria està completament carregada i l'estat de càrrega (SOC) hauria de ser del 100% quan s'arribi a la condició final de càrrega.La condició final de descàrrega significa que la bateria s'ha descarregat completament i l'estat de càrrega (SOC) ha de ser del 0%;Pot ser un valor de tensió absolut o canviar amb la càrrega.Quan s'arriba a l'estat de repòs, la bateria no es carrega ni es descarrega, i roman en aquest estat durant molt de temps.Si l'usuari vol utilitzar l'estat de repòs de la bateria per corregir l'error del mètode coulomètric, ha d'utilitzar en aquest moment un voltímetre de circuit obert.La figura següent mostra que l'error de l'estat de càrrega en les condicions anteriors es pot corregir.
Figura 10. Condicions per eliminar l'error acumulat del mètode coulomètric
El segon factor principal que causa la desviació de precisió del mètode de mesura de coulomb és l'error de la capacitat de càrrega completa (FCC), que és la diferència entre la capacitat de disseny de la bateria i la capacitat de càrrega completa real de la bateria.La capacitat de càrrega completa (FCC) es veurà afectada per la temperatura, l'envelliment, la càrrega i altres factors.Per tant, el mètode de reaprenentatge i compensació de la capacitat plenament carregada és molt important per al mètode coulomètric.La figura següent mostra la tendència de l'error SOC quan la capacitat de càrrega completa està sobreestimada i subestimada.
Figura 11. Tendència d'error quan la capacitat de càrrega completa està sobreestimada i subestimada
Hora de publicació: 15-feb-2023