La teoria della carica e scarica del litio e la progettazione del metodo di calcolo dell'elettricità
2. Introduzione al misuratore di batteria
2.1 Introduzione alla funzione del contatore elettrico
La gestione della batteria può essere considerata parte della gestione dell'alimentazione.Nella gestione della batteria, il contatore elettrico è responsabile della stima della capacità della batteria.La sua funzione di base è monitorare la tensione, la corrente di carica/scarica e la temperatura della batteria e stimare lo stato di carica (SOC) e la capacità di carica completa (FCC) della batteria.Esistono due metodi tipici per stimare lo stato di carica della batteria: il metodo della tensione a circuito aperto (OCV) e il metodo coulometrico.L'altro metodo è l'algoritmo di tensione dinamica progettato da RICHTEK.
2.2 Metodo della tensione a circuito aperto
È facile realizzare il contatore elettrico utilizzando il metodo della tensione a vuoto, ottenibile verificando il corrispondente stato di carica della tensione a vuoto.Si presume che la tensione a circuito aperto sia la tensione del terminale della batteria quando la batteria rimane a riposo per più di 30 minuti.
La curva di tensione della batteria varia a seconda del carico, della temperatura e dell'invecchiamento della batteria.Pertanto, un voltmetro fisso a circuito aperto non può rappresentare completamente lo stato di carica;Lo stato di carica non può essere stimato guardando solo la tabella.In altre parole, se lo stato di carica viene stimato solo guardando la tabella, l'errore sarà grande.
La figura seguente mostra che lo stato di carica (SOC) della stessa tensione della batteria è molto diverso dal metodo della tensione a circuito aperto durante la carica e la scarica.
Figura 5. Tensione della batteria in condizioni di carica e scarica
Si può vedere dalla figura sottostante che lo stato di carica varia notevolmente sotto diversi carichi durante la scarica.Quindi, in sostanza, il metodo della tensione a circuito aperto è adatto solo per sistemi che richiedono una bassa precisione dello stato di carica, come le automobili che utilizzano batterie al piombo o gruppi di continuità.
Figura 6. Tensione della batteria sotto diversi carichi durante la scarica
2.3 Metodo coulometrico
Il principio di funzionamento della coulometria consiste nel collegare un resistore di rilevamento sul percorso di carica/scarica della batteria.L'ADC misura la tensione sulla resistenza di rilevamento e la converte nel valore di corrente della batteria in carica o scarica.Il contatore in tempo reale (RTC) può integrare il valore corrente con il tempo per sapere quanti coulomb stanno scorrendo.
Figura 7. Modalità di lavoro di base del metodo di misurazione di Coulomb
Il metodo coulometrico può calcolare con precisione lo stato di carica in tempo reale durante la carica o la scarica.Con il contatore di coulomb di carica e il contatore di coulomb di scarica, può calcolare la capacità elettrica residua (RM) e la capacità di carica completa (FCC).Allo stesso tempo, la capacità di carica residua (RM) e la capacità di carica completa (FCC) possono essere utilizzate anche per calcolare lo stato di carica (SOC=RM/FCC).Inoltre, può anche stimare il tempo rimanente, come l'esaurimento della potenza (TTE) e la pienezza della potenza (TTF).
Figura 8. Formula di calcolo del metodo di Coulomb
Ci sono due fattori principali che causano la deviazione dell'accuratezza della metrologia di Coulomb.Il primo è l'accumulo dell'errore di offset nel rilevamento della corrente e nella misurazione dell'ADC.Sebbene l'errore di misurazione sia relativamente piccolo con la tecnologia attuale, se non esiste un buon metodo per eliminarlo, l'errore aumenterà con il tempo.La figura seguente mostra che nell'applicazione pratica, se non c'è correzione nella durata temporale, l'errore accumulato è illimitato.
Figura 9. Errore cumulativo del metodo di Coulomb
Per eliminare l'errore accumulato, ci sono tre possibili punti temporali nel normale funzionamento della batteria: fine carica (EOC), fine scarica (EOD) e riposo (Relax).La batteria è completamente carica e lo stato di carica (SOC) dovrebbe essere al 100% quando viene raggiunta la condizione di fine carica.La condizione di fine scarica indica che la batteria è stata completamente scaricata e lo stato di carica (SOC) deve essere 0%;Può essere un valore di tensione assoluto o cambiare con il carico.Quando raggiunge lo stato di riposo, la batteria non viene né caricata né scaricata e rimane a lungo in questo stato.Se l'utente desidera utilizzare lo stato di riposo della batteria per correggere l'errore del metodo coulometrico, deve utilizzare in questo momento un voltmetro a circuito aperto.La figura seguente mostra che l'errore di stato di carica nelle condizioni di cui sopra può essere corretto.
Figura 10. Condizioni per eliminare l'errore cumulativo del metodo coulometrico
Il secondo fattore principale che causa la deviazione della precisione del metodo di misurazione di Coulomb è l'errore di capacità di carica completa (FCC), che è la differenza tra la capacità di progetto della batteria e la capacità di carica completa effettiva della batteria.La capacità di carica completa (FCC) sarà influenzata da temperatura, invecchiamento, carico e altri fattori.Pertanto, il metodo di riapprendimento e compensazione della capacità completamente carica è molto importante per il metodo coulometrico.La figura seguente mostra l'andamento dell'errore SOC quando la capacità di carica completa è sovrastimata e sottostimata.
Figura 11. Tendenza dell'errore quando la capacità di carica completa è sovrastimata e sottostimata
Orario di pubblicazione: 15 febbraio 2023