Lítium akkumulátor töltöttségi állapot

Lítium-Ion töltöttségi állapot (SoC) mérése

A lítium-ion akkumulátorokat rendszeresen használják különféle alkalmazásokban.A hatékony akkumulátorhasználat és a hosszabb élettartam biztosítása érdekében a akkumulátor menedzsment rendszerek (BMS) alkalmaznak.A legújabb BMS-ek egyre kifinomultabbak, és nagyobb fogyasztást okoznak az akkumulátoron.A becsült SoC kalibrálása eredeti eseményvezérelt nyitott áramköri feszültség (OCV) és SoC görbe viszonyának felhasználásával történik.A kidolgozott rendszer összehasonlítása a hagyományos megfelelőkkel történik.Az eredmények a javasolt rendszer több mint harmadrendű teljesítményét mutatják a tömörítési nyereség és a számítási hatékonyság tekintetében, miközben biztosítják az analóg SoC becslési pontosságot.

Az SOC becslés meghatározása és osztályozása

Az SOC az akkumulátorok egyik legfontosabb paramétere, de meghatározása számos különböző kérdést vet fel.Általában az akkumulátor SOC-ját az aktuális kapacitásának () és a névleges kapacitásának () arányaként határozzák meg.A névleges kapacitást a gyártó adja meg, és az akkumulátorban tárolható maximális töltési mennyiséget jelenti.Az SOC a következőképpen definiálható:

Töltési állapot (SoC) az elektromos akkumulátor töltöttségi szintje a kapacitásához viszonyítva.Az SoC mértékegységei százalékpontok (0% = üres; 100% = tele).Ugyanennek a mértéknek egy alternatív formája a kisülési mélység (DoD), az SoC fordítottja (100% = üres; 0% = tele).

Számos módja van a lítium-ion töltésállapot (SoC) mérésének, ill Kisülési mélység (DoD) lítium akkumulátorhoz.Egyes módszerek megvalósítása meglehetősen bonyolult, és bonyolult berendezéseket igényel (impedanciaspektroszkópia vagy hidrométer-mérő ólom-savas akkumulátorokhoz).

Itt részletezzük a két leggyakoribb és legegyszerűbb módszert az akkumulátor töltöttségi állapotának becslésére: feszültség módszer ill Nyitott áramköri feszültség (OCV ) és a coulomb-számlálási módszer.

1/ SoC becslés nyitott áramköri feszültség módszerrel (OCV)

Minden típusú akkumulátorban van egy közös vonás: a kapcsai feszültsége a töltöttségi szinttől függően csökken vagy nő.A feszültség akkor lesz a legmagasabb, ha az akkumulátor teljesen fel van töltve, és a legalacsonyabb, ha lemerült.

A feszültség és az SOC közötti kapcsolat közvetlenül az alkalmazott akkumulátortechnológiától függ.Példaként az alábbi diagram összehasonlítja az ólom akkumulátor és a lítium-ion akkumulátor kisülési görbéit.

Látható, hogy az ólomakkumulátorok viszonylag lineáris görbéjűek, ami jó becslést tesz lehetővé a töltöttségi állapotról: mért feszültség esetén meglehetősen pontosan meg lehet becsülni a kapcsolódó SoC értékét.

A lítium-ion akkumulátorok kisülési görbéje azonban sokkal laposabb, ami azt jelenti, hogy széles működési tartományban az akkumulátor kivezetésein a feszültség nagyon kis mértékben változik.

A lítium-vasfoszfát technológia rendelkezik a leglaposabb kisülési görbével, ami nagyon megnehezíti az SoC becslését egy egyszerű feszültségmérés során.Valójában két SoC érték közötti feszültségkülönbség olyan kicsi lehet, hogy nem lehet jó pontossággal megbecsülni a töltöttségi állapotot.

Az alábbi diagramon látható, hogy a 40%-os és 80%-os DoD-érték közötti feszültségmérési különbség körülbelül 6,0 V ólom-savas technológiájú 48 V-os akkumulátor esetén, míg lítium-vas-foszfát esetén csak 0,5 V!

A kalibrált töltésjelzők azonban kifejezetten a lítium-ion akkumulátorokhoz általában és különösen a lítium-vas-foszfát akkumulátorokhoz használhatók.A precíz mérés, modellezett terhelési görbével párosulva lehetővé teszi az SoC mérések 10-15%-os pontosságú meghatározását.

2/ SoC becslés a Coulomb Counting módszerrel

Az akkumulátor töltöttségi állapotának nyomon követésére a legintuitívabb módszer az áramerősség követése a cellahasználat során történő integrálással.Ez az integráció közvetlenül megadja az akkumulátorba befecskendezett vagy kivett elektromos töltések számát, így lehetővé válik az akkumulátor SoC pontos számszerűsítése.

Az OCV módszertől eltérően ez a módszer képes meghatározni a töltöttségi állapot alakulását az akkumulátor használata során.A pontos méréshez nem szükséges, hogy az akkumulátor nyugalomban legyen.

Coulomb számláló

Bár az árammérés precíziós ellenállással történik, a mintavételi frekvenciával kapcsolatban kis mérési hibák léphetnek fel.Ezen határhibák kijavításához a coulomb-számlálót minden terhelési ciklusban újrakalibrálják.

Lítium-ion Töltési állapot (SoC) A coulomb-számlálással végzett mérés 1%-nál kisebb mérési hibát tesz lehetővé, ami nagyon pontos jelzést tesz lehetővé az akkumulátorban maradt energia mennyiségéről.Az OCV-módszerrel ellentétben a coulomb-számlálás független az akkumulátor töltöttségi szintjének ingadozásaitól (amelyek az akkumulátor feszültségesését okozzák), és a pontosság az akkumulátor használatától függetlenül állandó marad.