Starea de încărcare a bateriei cu litiu

Măsurarea stării de încărcare cu litiu-ion (SoC).

Bateriile litiu-ion sunt utilizate în mod recurent într-o varietate de aplicații.Pentru a asigura o utilizare eficientă a bateriei și o viață mai lungă, sisteme de management al bateriei (BMS) sunt angajati.BMS-urile recente devin sofisticate și provoacă un consum mai mare al bateriei.SoC estimat este calibrat utilizând o relație originală între tensiunea circuitului deschis (OCV) și curba SoC.Comparația sistemului conceput se face cu omologii tradiționali.Rezultatele demonstrează o performanță mai mare de ordinul trei de mărime a sistemului propus în ceea ce privește câștigul de compresie și eficiența de calcul, asigurând în același timp o precizie analogă de estimare a SoC.

Definirea și Clasificarea Estimării SOC

SOC este unul dintre cei mai importanți parametri pentru baterii, dar definiția sa prezintă multe probleme diferite.În general, SOC-ul unei baterii este definit ca raportul dintre capacitatea sa curentă () și capacitatea nominală ().Capacitatea nominală este dată de producător și reprezintă cantitatea maximă de încărcare care poate fi stocată în baterie.SOC poate fi definit după cum urmează:

Stare de încărcare (SoC) este nivelul de încărcare al unei baterii electrice în raport cu capacitatea sa.Unitățile de SoC sunt puncte procentuale (0% = gol; 100% = plin).O formă alternativă a aceleiași măsuri este adâncimea de descărcare (DoD), inversul SoC (100% = gol; 0% = plin).

Există mai multe modalități de a obține măsurarea stării de încărcare cu litiu-ion (SoC) sau Adâncimea de descărcare (DoD) pentru o baterie cu litiu.Unele metode sunt destul de complicat de implementat și necesită echipamente complexe (spectroscopie de impedanță sau manometru hidrometru pentru bateriile plumb-acid).

Vom detalia aici cele două metode cele mai comune și mai simple de a estima starea de încărcare a unei baterii: metoda tensiunii sau Tensiune în circuit deschis (OCV ) și metoda de numărare a coulombilor.

1/ Estimarea SoC folosind metoda tensiunii în circuit deschis (OCV)

Toate tipurile de baterii au un lucru în comun: tensiunea la bornele lor scade sau crește în funcție de nivelul lor de încărcare.Tensiunea va fi cea mai mare când bateria este complet încărcată și cea mai scăzută când este goală.

Această relație dintre tensiune și SOC depinde direct de tehnologia bateriei utilizată.Ca exemplu, diagrama de mai jos compară curbele de descărcare dintre o baterie cu plumb și o baterie Litiu-Ion.

Se poate observa că bateriile plumb-acid au o curbă relativ liniară, ceea ce permite o bună estimare a stării de încărcare: pentru o tensiune măsurată, este posibil să se estimeze destul de precis valoarea SoC asociată.

Cu toate acestea, bateriile cu litiu-ion au o curbă de descărcare mult mai plată, ceea ce înseamnă că pe o gamă largă de operare, tensiunea la bornele bateriei se modifică foarte ușor.

Tehnologia Lithium Iron Phosphate are cea mai plată curbă de descărcare, ceea ce face foarte dificilă estimarea SoC la o simplă măsurare a tensiunii.Într-adevăr, diferența de tensiune dintre două valori SoC poate fi atât de mică încât nu este posibil să se estimeze starea de încărcare cu o bună precizie.

Diagrama de mai jos arată că diferența de măsurare a tensiunii între o valoare DoD de 40% și 80% este de aproximativ 6,0V pentru o baterie de 48V în tehnologia plumb-acid, în timp ce este de numai 0,5V pentru litiu-fier-fosfat!

Cu toate acestea, indicatorii de încărcare calibrați pot fi utilizați în mod specific pentru bateriile cu litiu-ion în general și pentru bateriile cu litiu fier fosfat în special.O măsurătoare precisă, cuplată cu o curbă de sarcină modelată, permite obținerea măsurătorilor SoC cu o precizie de 10 până la 15%.

2/ Estimarea SoC folosind metoda Coulomb Counting

Pentru a urmări starea de încărcare atunci când utilizați bateria, cea mai intuitivă metodă este să urmăriți curentul integrându-l în timpul utilizării celulei.Această integrare oferă direct numărul de sarcini electrice injectate sau retrase din baterie, făcând astfel posibilă cuantificarea precisă a SoC-ului bateriei.

Spre deosebire de metoda OCV, această metodă este capabilă să determine evoluția stării de încărcare în timpul utilizării bateriei.Nu necesită ca bateria să fie în repaus pentru a efectua o măsurare precisă.

Contor Coulomb

Deși măsurarea curentului este efectuată de un rezistor de precizie, pot apărea mici erori de măsurare, legate de frecvența de eșantionare.Pentru a corecta aceste erori marginale, contorul de coulomb este recalibrat la fiecare ciclu de încărcare.

Litiu-Ion Stare de încărcare (SoC) măsurarea făcută prin numărarea coulombilor permite o eroare de măsurare mai mică de 1%, ceea ce permite o indicare foarte precisă a energiei rămase în baterie.Spre deosebire de metoda OCV, numărarea coulombilor este independentă de fluctuațiile puterii bateriei (care cauzează scăderea tensiunii bateriei), iar precizia rămâne constantă indiferent de utilizarea bateriei.