Litiumbatteri Ladetilstand

Lithium-Ion State of Charge (SoC) måling

Litium-ion-batteriene brukes gjentatte ganger i en rekke bruksområder.For å sikre en effektiv batteriutnyttelse og lengre levetid batteristyringssystemer (BMS) er ansatt.Nyere BMS-er er i ferd med å bli sofistikerte og forårsaker et høyere forbruk overhead på batteriet.Den estimerte SoC er kalibrert ved å bruke en original hendelsesdrevet Open Circuit Voltage (OCV) til SoC-kurveforhold.Den utarbeidede systemsammenlikningen er gjort med de tradisjonelle motpartene.Resultatene viser en mer enn tredje størrelsesorden bedre enn det foreslåtte systemet når det gjelder kompresjonsforsterkning og beregningseffektivitet, samtidig som de sikrer en analog SoC-estimeringspresisjon.

Definisjon og klassifisering av SOC-estimering

SOC er en av de viktigste parameterne for batterier, men definisjonen presenterer mange forskjellige problemer.Generelt er SOC-en til et batteri definert som forholdet mellom dets nåværende kapasitet () og den nominelle kapasiteten ().Den nominelle kapasiteten er gitt av produsenten og representerer den maksimale ladningsmengden som kan lagres i batteriet.SOC kan defineres som følger:

ladetilstand (SoC) er ladenivået til et elektrisk batteri i forhold til dets kapasitet.Enhetene til SoC er prosentpoeng (0 % = tom; 100 % = full).En alternativ form for samme mål er utladningsdybden (DoD), den inverse av SoC (100% = tom; 0% = full).

Det er flere måter å få Lithium-Ion State of Charge (SoC) måling eller Utladningsdybde (DoD) for et litiumbatteri.Noen metoder er ganske kompliserte å implementere og krever komplekst utstyr (impedansspektroskopi eller hydrometermåler for bly-syrebatterier).

Vi vil her detaljere de to vanligste og enkleste metodene for å estimere ladetilstanden til et batteri: spenningsmetode eller Åpen kretsspenning (OCV ) og coulomb-tellemetode.

1/ SoC-estimering ved bruk av åpen kretsspenningsmetode (OCV)

Alle typer batterier har én ting til felles: spenningen på terminalene reduseres eller økes avhengig av ladenivået.Spenningen vil være høyest når batteriet er fulladet og lavest når det er tomt.

Dette forholdet mellom spenning og SOC avhenger direkte av batteriteknologien som brukes.Som et eksempel sammenligner diagrammet nedenfor utladningskurvene mellom et blybatteri og et litium-ion-batteri.

Det kan sees at blybatterier har en relativt lineær kurve, som tillater en god estimering av ladetilstanden: for en målt spenning er det mulig å estimere ganske nøyaktig verdien av den tilhørende SoC.

Litium-ion-batterier har imidlertid en mye flatere utladningskurve, noe som betyr at over et bredt driftsområde endres spenningen ved batteripolene svært lite.

Lithium Iron Phosphate-teknologien har den flateste utladningskurven, noe som gjør det svært vanskelig å estimere SoC på en enkel spenningsmåling.Spenningsforskjellen mellom to SoC-verdier kan faktisk være så liten at det ikke er mulig å estimere ladetilstanden med god presisjon.

Diagrammet under viser at spenningsmåleforskjellen mellom en DoD-verdi på 40% og 80% er ca 6,0V for et 48V batteri i bly-syreteknologi, mens det kun er 0,5V for litium-jern-fosfat!

Kalibrerte ladeindikatorer kan imidlertid brukes spesifikt for litiumionbatterier generelt og litiumjernfosfatbatterier spesielt.En presis måling, kombinert med en modellert lastkurve, gjør at SoC-målinger kan oppnås med en nøyaktighet på 10 til 15 %.

2/ SoC-estimering ved bruk av Coulomb-tellingsmetoden

For å spore ladetilstanden når du bruker batteriet, er den mest intuitive metoden å følge strømmen ved å integrere den under mobilbruk.Denne integrasjonen gir direkte antallet elektriske ladninger som injiseres eller trekkes ut av batteriet, og gjør det dermed mulig å nøyaktig kvantifisere SoC til batteriet.

I motsetning til OCV-metoden, er denne metoden i stand til å bestemme utviklingen av ladetilstanden under batteribruk.Det krever ikke at batteriet er i ro for å utføre en nøyaktig måling.

Coulomb-teller

Selv om strømmåling utføres av en presisjonsmotstand, kan små målefeil oppstå, relatert til samplingsfrekvensen.For å korrigere disse marginale feilene, rekalibreres coulomb-telleren ved hver belastningssyklus.

Litium-ion ladetilstand (SoC) måling utført ved coulomb-telling tillater en målefeil på mindre enn 1 %, noe som gir en svært nøyaktig indikasjon på energien som er igjen i batteriet.I motsetning til OCV-metoden er coulomb-telling uavhengig av batteristrømsvingninger (som forårsaker batterispenningsfall), og nøyaktigheten forblir konstant uavhengig av batteribruk.