התיאוריה של טעינה ופריקה של ליתיום ותכנון שיטת חישוב החשמל(2)

התיאוריה של טעינה ופריקה של ליתיום ותכנון שיטת חישוב החשמל

2. מבוא למד סוללה

2.1 הצגת פונקציה של מד חשמל

ניהול סוללה יכול להיחשב כחלק מניהול צריכת החשמל.בניהול מצבר, מד החשמל אחראי להערכת קיבולת המצבר.תפקידו הבסיסי הוא לנטר את המתח, זרם הטעינה/פריקה וטמפרטורת הסוללה, ולהעריך את מצב הטעינה (SOC) ואת קיבולת הטעינה המלאה (FCC) של הסוללה.ישנן שתי שיטות אופייניות להעריך את מצב הטעינה של הסוללה: שיטת מתח פתוח (OCV) ושיטה קולומטרית.השיטה הנוספת היא אלגוריתם המתח הדינמי שתוכנן על ידי RICHTEK.

2.2 שיטת מתח במעגל פתוח

קל לממש את מד החשמל בשיטת מתח המעגל הפתוח, שניתן להשיג על ידי בדיקת מצב המטען המתאים של מתח המעגל הפתוח.ההנחה היא שמתח המעגל הפתוח הוא מתח מסוף הסוללה כאשר הסוללה נחה יותר מ-30 דקות.

עקומת מתח הסוללה תשתנה עם עומס שונה, טמפרטורה והזדקנות הסוללה.לכן, מד מתח קבוע במעגל פתוח אינו יכול לייצג באופן מלא את מצב הטעינה;לא ניתן להעריך את מצב הטעינה על ידי חיפוש בטבלה בלבד.במילים אחרות, אם אומדן מצב הטעינה רק על ידי חיפוש מעלה בטבלה, השגיאה תהיה גדולה.

האיור שלהלן מראה שמצב הטעינה (SOC) של אותו מתח סוללה שונה מאוד בשיטת המתח הפתוח בטעינה ופריקה.

איור 5. מתח הסוללה בתנאי טעינה ופריקה

ניתן לראות מהאיור למטה שמצב הטעינה משתנה מאוד בעומסים שונים במהלך הפריקה.אז בעצם, שיטת המתח במעגל הפתוח מתאימה רק למערכות הדורשות דיוק נמוך של מצב הטעינה, כמו מכוניות המשתמשות בסוללות עופרת או אל פסק.

איור 6. מתח סוללה בעומסים שונים במהלך פריקה

2.3 שיטה קולומטרית

עקרון הפעולה של הקולמטריה הוא חיבור נגד זיהוי בנתיב הטעינה/פריקה של הסוללה.ADC מודד את המתח על התנגדות הזיהוי וממיר אותו לערך הנוכחי של הסוללה הנטענת או הפריקה.מונה בזמן אמת (RTC) יכול לשלב את הערך הנוכחי עם הזמן כדי לדעת כמה קולומבים זורמים.

איור 7. מצב עבודה בסיסי של שיטת מדידת קולומב

שיטה קולומטרית יכולה לחשב במדויק את מצב הטעינה בזמן אמת במהלך טעינה או פריקה.עם מונה קולומב הטעינה ומונה הקולום הפריקה, הוא יכול לחשב את הקיבולת החשמלית השיורית (RM) ואת קיבולת הטעינה המלאה (FCC).במקביל, ניתן להשתמש בקיבולת הטעינה הנותרת (RM) ובקיבולת הטעינה המלאה (FCC) גם כדי לחשב את מצב הטעינה (SOC=RM/FCC).בנוסף, הוא יכול גם להעריך את הזמן שנותר, כגון מיצוי כוח (TTE) ומלאות כוח (TTF).

איור 8. נוסחת חישוב של שיטת קולומב

ישנם שני גורמים עיקריים הגורמים לסטיית הדיוק של מטרולוגיה של קולומב.הראשון הוא הצטברות של שגיאת היסט בחיישת זרם ובמדידת ADC.למרות ששגיאת המדידה קטנה יחסית בטכנולוגיה הנוכחית, אם אין שיטה טובה לבטל אותה, השגיאה תגדל עם הזמן.האיור שלהלן מראה שביישום מעשי, אם אין תיקון במשך הזמן, השגיאה המצטברת היא בלתי מוגבלת.

איור 9. טעות מצטברת של שיטת קולומב

על מנת לבטל את השגיאה המצטברת, קיימות שלוש נקודות זמן אפשריות בפעולת סוללה רגילה: סוף טעינה (EOC), סוף פריקה (EOD) ומנוחה (Relax).הסוללה טעונה במלואה ומצב הטעינה (SOC) צריך להיות 100% כאשר מגיע מצב סיום הטעינה.מצב סוף הפריקה פירושו שהסוללה התרוקנה לחלוטין ומצב הטעינה (SOC) צריך להיות 0%;זה יכול להיות ערך מתח מוחלט או להשתנות עם העומס.כשמגיעים למצב מנוחה, הסוללה לא טעונה ולא מרוקת, והיא נשארת במצב זה לאורך זמן.אם המשתמש רוצה להשתמש במצב המנוחה של הסוללה כדי לתקן את השגיאה של השיטה הקולומטרית, עליו להשתמש במד מתח במעגל פתוח בשלב זה.האיור שלהלן מראה שניתן לתקן את שגיאת מצב הטעינה בתנאים שלעיל.

איור 10. תנאים לביטול השגיאה המצטברת של השיטה הקולומטרית

הגורם העיקרי השני הגורם לסטיית הדיוק של שיטת מדידת קולומב הוא שגיאת קיבולת הטעינה המלאה (FCC), שהיא ההבדל בין קיבולת התכנון של הסוללה לבין קיבולת הטעינה המלאה האמיתית של הסוללה.קיבולת טעינה מלאה (FCC) תושפע מטמפרטורה, הזדקנות, עומס וגורמים אחרים.לכן, שיטת הלמידה מחדש והפיצוי של קיבולת טעינה מלאה חשובה מאוד לשיטה הקולומטרית.האיור שלהלן מראה את המגמה של שגיאת SOC כאשר קיבולת הטעינה המלאה מוערכת יתר על המידה ומזלזלת.

איור 11. מגמת שגיאה כאשר קיבולת טעינה מלאה מוערכת יתר על המידה ומזלזלת