Stanje napunjenosti litijske baterije

Mjerenje litij-ionskog stanja napunjenosti (SoC).

Litij-ionske baterije stalno se koriste u raznim primjenama.Kako bi se osigurala učinkovita iskorištenost baterije i duži vijek trajanja, sustavi upravljanja baterijom (BMS) su zaposleni.Nedavni BMS-ovi postaju sofisticirani i uzrokuju veću potrošnju baterije.Procijenjeni SoC kalibriran je upotrebom izvornog odnosa napona otvorenog kruga (OCV) i krivulje SoC-a.Osmišljeni sustav uspoređuje se s tradicionalnim pandanima.Rezultati pokazuju nadmašivanje predloženog sustava više od trećeg reda veličine u smislu pojačanja kompresije i računalne učinkovitosti uz osiguranje analogne preciznosti procjene SoC-a.

Definicija i klasifikacija SOC procjene

SOC je jedan od najvažnijih parametara za baterije, ali njegova definicija predstavlja mnogo različitih problema.Općenito, SOC baterije definiran je kao omjer njezinog trenutnog kapaciteta () i nominalnog kapaciteta ().Nazivni kapacitet daje proizvođač i predstavlja najveću količinu napunjenosti koja se može pohraniti u bateriji.SOC se može definirati na sljedeći način:

Stanje napunjenosti (SoC) je razina napunjenosti električne baterije u odnosu na njen kapacitet.Jedinice SoC-a su postotni bodovi (0% = prazno; 100% = puno).Alternativni oblik iste mjere je dubina pražnjenja (DoD), obrnuto od SoC (100% = prazno; 0% = puno).

Postoji nekoliko načina za mjerenje stanja napunjenosti litij-iona (SoC). Dubina pražnjenja (DoD) za litijsku bateriju.Neke metode su prilično komplicirane za implementaciju i zahtijevaju složenu opremu (spektroskopija impedancije ili mjerač hidrometra za olovne baterije).

Ovdje ćemo detaljno opisati dvije najčešće i najjednostavnije metode za procjenu stanja napunjenosti baterije: metodu napona ili Napon otvorenog kruga (OCV ) i coulomb metoda brojanja.

1/ SoC procjena korištenjem metode napona otvorenog kruga (OCV)

Sve vrste baterija imaju jednu zajedničku stvar: napon na njihovim terminalima se smanjuje ili povećava ovisno o razini napunjenosti.Napon će biti najveći kada je baterija potpuno napunjena, a najniža kada je prazna.

Ovaj odnos između napona i SOC izravno ovisi o korištenoj tehnologiji baterije.Kao primjer, donji dijagram uspoređuje krivulje pražnjenja između olovne baterije i litij-ionske baterije.

Može se vidjeti da olovno-kiselinski akumulatori imaju relativno linearnu krivulju, što omogućuje dobru procjenu stanja napunjenosti: za izmjereni napon, moguće je prilično precizno procijeniti vrijednost pridruženog SoC-a.

Međutim, litij-ionske baterije imaju mnogo ravniju krivulju pražnjenja, što znači da se u širokom radnom rasponu napon na stezaljkama baterije vrlo malo mijenja.

Tehnologija litij željezo fosfata ima najravniju krivulju pražnjenja, što čini vrlo teškim procjenu SoC-a na jednostavnom mjerenju napona.Doista, razlika napona između dvije SoC vrijednosti može biti toliko mala da nije moguće procijeniti stanje napunjenosti s dobrom preciznošću.

Donji dijagram pokazuje da je razlika mjerenja napona između DoD vrijednosti od 40% i 80% oko 6,0 V za bateriju od 48 V u olovno-kiselinskoj tehnologiji, dok je samo 0,5 V za litij-željezo-fosfat!

Međutim, kalibrirani indikatori napunjenosti mogu se koristiti posebno za litij-ionske baterije općenito, a posebno za litij-željezo-fosfatne baterije.Precizno mjerenje, zajedno s modeliranom krivuljom opterećenja, omogućuje dobivanje SoC mjerenja s točnošću od 10 do 15%.

2/ SoC procjena pomoću Coulombove metode brojanja

Za praćenje stanja napunjenosti pri korištenju baterije, najintuitivnija metoda je praćenje struje integracijom tijekom korištenja ćelije.Ova integracija izravno daje broj električnih naboja ubrizganih ili povučenih iz baterije, čime je moguće precizno kvantificirati SoC baterije.

Za razliku od OCV metode, ova metoda može odrediti razvoj stanja napunjenosti tijekom korištenja baterije.Za točno mjerenje nije potrebno da baterija miruje.

Coulombov brojač

Iako mjerenje struje izvodi precizni otpornik, mogu se pojaviti male pogreške mjerenja povezane s frekvencijom uzorkovanja.Kako bi se ispravile ove granične pogreške, kulonski brojač se ponovno kalibrira pri svakom ciklusu opterećenja.

Litij-ionski Stanje napunjenosti (SoC) mjerenje provedeno kulonskim brojanjem dopušta pogrešku mjerenja manju od 1%, što omogućuje vrlo točnu indikaciju preostale energije u bateriji.Za razliku od OCV metode, brojanje kulona ne ovisi o fluktuacijama snage baterije (koje uzrokuju pad napona baterije), a točnost ostaje konstantna bez obzira na potrošnju baterije.