Liitiumaku laetuse olek

Liitium-iooni laenguseisundi (SoC) mõõtmine

Liitiumioonakusid kasutatakse korduvalt erinevates rakendustes.Aku tõhusa kasutamise ja pikema eluea tagamiseks akuhaldussüsteemid (BMS) on tööl.Viimased BMS-id muutuvad keerukamaks ja põhjustavad aku suuremat kulu.Hinnanguline SoC kalibreeritakse, kasutades algset sündmustest juhitud avatud vooluahela pinget (OCV) ja SoC kõvera suhet.Kavandatud süsteemi võrreldakse traditsiooniliste analoogidega.Tulemused näitavad väljapakutud süsteemi enam kui kolmanda suurusjärgu paremat jõudlust tihendusvõimenduse ja arvutusliku efektiivsuse osas, tagades samal ajal analoogse SoC-hinnangu täpsuse.

SOC hinnangu definitsioon ja klassifikatsioon

SOC on akude jaoks üks olulisemaid parameetreid, kuid selle määratlus tekitab palju erinevaid probleeme.Üldiselt määratletakse aku SOC kui selle praeguse võimsuse () ja nimivõimsuse () suhe.Nimivõimsuse annab tootja ja see näitab maksimaalset laetuse kogust, mida akus saab hoida.SOC-i saab määratleda järgmiselt:

Laadimisolek (SoC) on elektriaku laetuse tase selle mahutavuse suhtes.SoC ühikud on protsendipunktid (0% = tühi; 100% = täis).Sama mõõdu alternatiivne vorm on tühjendussügavus (DoD), SoC pöördväärtus (100% = tühi; 0% = täis).

Lithium-Ion State of Charge (SoC) mõõtmiseks on mitu võimalust või Tühjenemise sügavus (DoD) liitiumaku jaoks.Mõned meetodid on üsna keerulised rakendada ja nõuavad keerulisi seadmeid (impedantsi spektroskoopia või pliiakude hüdromeetri mõõtur).

Siin kirjeldame kahte kõige levinumat ja lihtsamat meetodit aku laetuse taseme hindamiseks: pinge meetod või Avatud vooluahela pinge (OCV ) ja kulonide loendamise meetodit.

1/ SoC hinnang avatud vooluahela pinge meetodil (OCV)

Kõikidel akutüüpidel on üks ühine joon: nende klemmide pinge väheneb või suureneb sõltuvalt nende laetuse tasemest.Pinge on kõrgeim, kui aku on täielikult laetud, ja madalaim, kui aku on tühi.

See suhe pinge ja SOC vahel sõltub otseselt kasutatavast akutehnoloogiast.Näiteks on alloleval diagrammil võrreldakse pliiaku ja liitiumioonaku tühjenemiskõveraid.

Näha on, et pliiakudel on suhteliselt lineaarne kõver, mis võimaldab hästi hinnata laetuse olekut: mõõdetud pinge puhul on võimalik üsna täpselt hinnata kaasneva SoC väärtust.

Liitium-ioonakudel on aga palju lamedam tühjenemiskõver, mis tähendab, et laias töövahemikus muutub pinge aku klemmidel väga vähe.

Liitiumraudfosfaadi tehnoloogial on kõige lamedam tühjenduskõver, mis muudab SoC hindamise lihtsa pinge mõõtmise põhjal väga keeruliseks.Tõepoolest, kahe SoC väärtuse vaheline pingeerinevus võib olla nii väike, et laetuse taset pole võimalik hea täpsusega hinnata.

Allolev diagramm näitab, et pinge mõõtmise erinevus DoD väärtuse 40% ja 80% vahel on plii-happetehnoloogias 48 V aku puhul umbes 6,0 V, samas kui liitium-raudfosfaadi puhul on see ainult 0,5 V!

Kalibreeritud laetuse indikaatoreid saab aga kasutada spetsiaalselt liitium-ioonakude jaoks üldiselt ja eriti liitiumraudfosfaatakude jaoks.Täpne mõõtmine koos modelleeritud koormuskõveraga võimaldab saada SoC mõõtmisi täpsusega 10–15%.

2/ SoC hinnang Coulombi loendusmeetodil

Laadimisoleku jälgimiseks aku kasutamisel on kõige intuitiivsem meetod voolu jälgimine, integreerides selle elemendi kasutamise ajal.See integratsioon annab otse aku sisestatud või sealt eemaldatud elektrilaengute arvu, võimaldades seega täpselt mõõta aku SoC-d.

Erinevalt OCV meetodist on selle meetodi abil võimalik määrata aku kasutuse ajal laetuse muutumist.Täpse mõõtmise tegemiseks ei pea aku olema puhkeasendis.

Coulombi loendur

Kuigi voolu mõõtmist teostab täppistakisti, võivad diskreetimissagedusega seotud väikesed mõõtmisvead esineda.Nende piirvigade parandamiseks kalibreeritakse kuloni loendur uuesti iga koormustsükli korral.

Liitium-ioon Laadimisseisund (SoC) kulonide loendamisega tehtud mõõtmine võimaldab mõõtmisvea alla 1%, mis võimaldab väga täpselt näidata akusse jäänud energiat.Erinevalt OCV meetodist ei sõltu kulonide loendamine aku võimsuse kõikumisest (mis põhjustavad aku pinge langust) ja täpsus jääb muutumatuks sõltumata aku kasutamisest.