A teoría da carga e descarga de litio e o deseño do método de cálculo da electricidade
2. Introdución ao medidor de batería
2.1 Introdución da función do contador de enerxía eléctrica
A xestión da batería pódese considerar como parte da xestión da enerxía.Na xestión da batería, o contador de electricidade é o encargado de estimar a capacidade da batería.A súa función básica é controlar a tensión, a corrente de carga/descarga e a temperatura da batería, e estimar o estado de carga (SOC) e a capacidade de carga total (FCC) da batería.Existen dous métodos típicos para estimar o estado de carga da batería: o método de tensión en circuíto aberto (OCV) e o método coulométrico.O outro método é o algoritmo de tensión dinámica deseñado por RICHTEK.
2.2 Método de tensión en circuíto aberto
É fácil realizar o contador de electricidade mediante o método de tensión en circuíto aberto, que se pode obter comprobando o estado de carga correspondente da tensión en circuíto aberto.Suponse que a tensión do circuíto aberto é a tensión dos terminales da batería cando a batería está en repouso durante máis de 30 minutos.
A curva da tensión da batería variará segundo a carga, a temperatura e o envellecemento da batería.Polo tanto, un voltímetro fixo de circuíto aberto non pode representar completamente o estado de carga;O estado de carga non se pode estimar mirando só a táboa.Noutras palabras, se o estado de carga só se estima mirando na táboa, o erro será grande.
A seguinte figura mostra que o estado de carga (SOC) da mesma tensión da batería é moi diferente polo método de tensión en circuíto aberto en carga e descarga.
Figura 5. Tensión da batería en condicións de carga e descarga
Na seguinte figura pódese ver que o estado de carga varía moito baixo diferentes cargas durante a descarga.Polo tanto, basicamente, o método de tensión en circuíto aberto só é adecuado para sistemas que requiren pouca precisión do estado de carga, como coches que utilizan baterías de chumbo-ácido ou fontes de alimentación ininterrompidas.
Figura 6. Tensión da batería baixo diferentes cargas durante a descarga
2.3 Método coulométrico
O principio de funcionamento da coulometría é conectar unha resistencia de detección no camiño de carga/descarga da batería.ADC mide a tensión na resistencia de detección e convértea no valor actual da batería que se está cargando ou descargando.O contador en tempo real (RTC) pode integrar o valor actual co tempo para saber cantos coulombs están a fluír.
Figura 7. Modo de traballo básico do método de medición do coulomb
O método coulométrico pode calcular con precisión o estado de carga en tempo real durante a carga ou a descarga.Co contador de coulombs de carga e de descarga, pode calcular a capacidade eléctrica residual (RM) e a capacidade de carga total (FCC).Ao mesmo tempo, a capacidade de carga restante (RM) e a capacidade de carga completa (FCC) tamén se poden usar para calcular o estado de carga (SOC=RM/FCC).Ademais, tamén pode estimar o tempo restante, como o esgotamento de enerxía (TTE) e a plenitude de enerxía (TTF).
Figura 8. Fórmula de cálculo do método coulomb
Hai dous factores principais que causan a desviación da precisión da metroloxía coulombiana.O primeiro é a acumulación de erros de compensación na detección de corrente e na medición ADC.Aínda que o erro de medición é relativamente pequeno coa tecnoloxía actual, se non hai un bo método para eliminalo, o erro aumentará co tempo.A figura seguinte mostra que na aplicación práctica, se non hai corrección na duración do tempo, o erro acumulado é ilimitado.
Figura 9. Erro acumulado do método coulomb
Para eliminar o erro acumulado, hai tres puntos de tempo posibles no funcionamento normal da batería: fin de carga (EOC), fin de descarga (EOD) e descanso (Relax).A batería está completamente cargada e o estado de carga (SOC) debe ser do 100 % cando se alcance a condición de final de carga.A condición de final de descarga significa que a batería está completamente descargada e que o estado de carga (SOC) debe ser do 0 %;Pode ser un valor de tensión absoluto ou cambiar coa carga.Ao chegar ao estado de repouso, a batería non está cargada nin descargada e permanece neste estado durante moito tempo.Se o usuario quere utilizar o estado de repouso da batería para corrixir o erro do método coulométrico, deberá utilizar neste momento un voltímetro en circuíto aberto.A seguinte figura mostra que se pode corrixir o erro de estado de carga nas condicións anteriores.
Figura 10. Condicións para eliminar o erro acumulado do método coulométrico
O segundo factor principal que causa a desviación da precisión do método de medición do coulomb é o erro da capacidade de carga completa (FCC), que é a diferenza entre a capacidade de deseño da batería e a capacidade de carga total real da batería.A capacidade de carga completa (FCC) verase afectada pola temperatura, o envellecemento, a carga e outros factores.Polo tanto, o método de re-aprendizaxe e compensación da capacidade totalmente cargada é moi importante para o método coulométrico.A seguinte figura mostra a tendencia do erro SOC cando se sobreestima e subestima a capacidade de carga completa.
Figura 11. Tendencia de erro cando se sobreestima e subestima a capacidade de carga completa
Hora de publicación: 15-feb-2023