De theorie van het opladen en ontladen van lithium en het ontwerp van de elektriciteitsberekeningsmethode
2. Inleiding tot de batterijmeter
2.1 Functie-introductie van elektriciteitsmeter
Batterijbeheer kan worden beschouwd als onderdeel van energiebeheer.Bij batterijbeheer is de elektriciteitsmeter verantwoordelijk voor het schatten van de batterijcapaciteit.De basisfunctie is het bewaken van de spanning, laad-/ontlaadstroom en accutemperatuur, en het schatten van de laadtoestand (SOC) en de volledige laadcapaciteit (FCC) van de accu.Er zijn twee gebruikelijke methoden om de laadtoestand van de batterij te schatten: de nullastspanningsmethode (OCV) en de coulometrische methode.De andere methode is het dynamische spanningsalgoritme ontworpen door RICHTEK.
2.2 Nullastspanningsmethode
Het is eenvoudig om de elektriciteitsmeter te realiseren met behulp van de nullastspanningsmethode, die kan worden verkregen door de overeenkomstige laadtoestand van de nullastspanning te controleren.De nullastspanning wordt verondersteld de spanning van de accupolen te zijn wanneer de accu langer dan 30 minuten in rust is.
De curve van de accuspanning zal variëren met verschillende belasting, temperatuur en veroudering van de accu.Daarom kan een vaste voltmeter met open circuit de laadtoestand niet volledig weergeven;De laadtoestand kan niet worden geschat door alleen de tabel op te zoeken.Met andere woorden, als de laadtoestand alleen wordt geschat door de tabel op te zoeken, zal de fout groot zijn.
De onderstaande afbeelding laat zien dat de laadtoestand (SOC) van dezelfde accuspanning sterk verschilt door de nullastspanningsmethode bij laden en ontladen.
Figuur 5. Accuspanning onder laad- en ontlaadcondities
Uit de onderstaande figuur blijkt dat de laadtoestand sterk varieert onder verschillende belastingen tijdens het ontladen.Dus eigenlijk is de nullastspanningsmethode alleen geschikt voor systemen die een lage nauwkeurigheid van de laadtoestand vereisen, zoals auto's die loodzuuraccu's gebruiken of ononderbroken voedingen.
Figuur 6. Accuspanning onder verschillende belastingen tijdens ontlading
2.3 Coulometrische methode
Het werkingsprincipe van coulometrie is het aansluiten van een detectieweerstand op het laad-/ontlaadpad van de batterij.ADC meet de spanning op de detectieweerstand en zet deze om in de huidige waarde van de accu die wordt opgeladen of ontladen.De real-time teller (RTC) kan de huidige waarde integreren met de tijd om te weten hoeveel coulombs er stromen.
Figuur 7. Basiswerkwijze van de Coulomb-meetmethode
Coulometrische methode kan de real-time laadtoestand nauwkeurig berekenen tijdens het opladen of ontladen.Met de laadcoulombteller en ontlaadcoulombteller kan het de resterende elektrische capaciteit (RM) en de volledige laadcapaciteit (FCC) berekenen.Tegelijkertijd kunnen ook de resterende laadcapaciteit (RM) en de volledige laadcapaciteit (FCC) worden gebruikt om de laadtoestand (SOC=RM/FCC) te berekenen.Daarnaast kan het ook de resterende tijd schatten, zoals power exhaustion (TTE) en power fullness (TTF).
Figuur 8. Berekeningsformule van de Coulomb-methode
Er zijn twee hoofdfactoren die de nauwkeurigheidsafwijking van Coulomb-metrologie veroorzaken.De eerste is de accumulatie van offsetfouten in stroomwaarneming en ADC-meting.Hoewel de meetfout met de huidige technologie relatief klein is, zal de fout met de tijd toenemen als er geen goede methode is om deze te elimineren.Onderstaande figuur laat zien dat in de praktijk, als er geen correctie is in de tijdsduur, de geaccumuleerde fout onbeperkt is.
Figuur 9. Cumulatieve fout van de Coulomb-methode
Om de geaccumuleerde fout te elimineren, zijn er drie mogelijke tijdstippen bij normale batterijwerking: einde van de lading (EOC), einde van de ontlading (EOD) en rust (Relax).De batterij is volledig opgeladen en de laadtoestand (SOC) moet 100% zijn wanneer de laadtoestand is bereikt.De toestand van het einde van de ontlading betekent dat de batterij volledig is ontladen en dat de laadtoestand (SOC) 0% moet zijn;Het kan een absolute spanningswaarde zijn of veranderen met de belasting.Bij het bereiken van de rusttoestand wordt de batterij niet opgeladen of ontladen en blijft deze lange tijd in deze toestand.Als de gebruiker de rusttoestand van de batterij wil gebruiken om de fout van de coulometrische methode te corrigeren, moet hij op dit moment een nullastmeter gebruiken.De onderstaande afbeelding laat zien dat de laadtoestandfout onder de bovenstaande omstandigheden kan worden gecorrigeerd.
Figuur 10. Voorwaarden voor het elimineren van de cumulatieve fout van de coulometrische methode
De tweede belangrijkste factor die de afwijking van de nauwkeurigheid van de Coulomb-meetmethode veroorzaakt, is de FCC-fout (volledige laadcapaciteit), die het verschil is tussen de ontwerpcapaciteit van de batterij en de werkelijke volledige laadcapaciteit van de batterij.De volledige oplaadcapaciteit (FCC) wordt beïnvloed door temperatuur, veroudering, belasting en andere factoren.Daarom is de herleer- en compensatiemethode van volledig opgeladen capaciteit erg belangrijk voor de coulometrische methode.De onderstaande afbeelding toont de trend van de SOC-fout wanneer de volledige oplaadcapaciteit wordt overschat en onderschat.
Afbeelding 11. Foutentrend wanneer volledige laadcapaciteit wordt overschat en onderschat
Posttijd: 15 februari 2023