Состояние заряда литиевой батареи (SOC)

Измерение заряда литий-ионных аккумуляторов (SOC)

Использование литий-ионных аккумуляторов широко распространено в различных приложениях. Чтобы максимизировать их эффективность и срок службы, системы управления батареями (BMS). Однако важно отметить, что недавние достижения в технологии BMS привели к увеличению энергопотребления, что может отрицательно повлиять на производительность аккумулятора.

Для решения этой проблемы был разработан инновационный подход. Расчетное состояние заряда (SOC) батареи калибруется с использованием зависимого от событий соотношения напряжения разомкнутой цепи (OCV) и кривой SOC. Этот метод обеспечивает точную оценку SOC при минимизации энергопотребления.

Чтобы проверить эффективность этого подхода, было проведено сравнение с традиционными системами BMS. Результаты наглядно демонстрируют превосходство предлагаемой системы. Он превосходит традиционные аналоги более чем на третий порядок с точки зрения усиления сжатия и вычислительной эффективности. Важно отметить, что эта улучшенная производительность не ставит под угрозу точность оценки SOC.

В заключение, предлагаемая система предлагает решение проблем, связанных со сложной технологией BMS. Используя управляемую событиями связь кривой OCV с SOC, достигается значительное улучшение коэффициента сжатия и эффективности вычислений. Этот инновационный подход обеспечивает эффективное использование батареи и более длительный срок ее службы без ущерба для точности оценки SOC.

Определение и классификация оценки SOC

SOC является одним из наиболее важных параметров аккумуляторов, но его определение вызывает множество различных проблем. В общем случае SOC батареи определяется как отношение ее текущей емкости () к номинальной емкости (). Номинальная емкость указывается производителем и представляет собой максимальное количество заряда, которое может храниться в аккумуляторе. SOC можно определить следующим образом:

Состояние заряда (SOC) — уровень заряда электрической батареи относительно ее емкости. Единицами SOC являются процентные пункты (0% = пусто; 100% = заполнено). Альтернативной формой той же меры является глубина разряда (DOD), обратная SOC (100% = пустой; 0% = полный).

Существует несколько способов измерения состояния заряда литий-ионного аккумулятора (SOC). Глубина разряда (DOD) для литиевой батареи. Некоторые методы достаточно сложны в реализации и требуют сложного оборудования (импедансной спектроскопии или ареометра для свинцово-кислотных аккумуляторов).

Здесь мы подробно опишем два наиболее распространенных и простых метода оценки состояния заряда аккумулятора: метод напряжения или метод. Напряжение разомкнутой цепи (OCV ) и метод кулоновского счета.

1/ Оценка SOC с использованием метода напряжения разомкнутой цепи (OCV).

Все типы аккумуляторов имеют одну общую черту: напряжение на их клеммах уменьшается или увеличивается в зависимости от уровня заряда. Напряжение будет самым высоким, когда аккумулятор полностью заряжен, и самым низким, когда он разряжен.

Эта связь между напряжением и SOC напрямую зависит от используемой технологии аккумуляторов. В качестве примера на диаграмме ниже сравниваются кривые разряда свинцовой и литий-ионной батареи.

Видно, что свинцово-кислотные аккумуляторы имеют относительно линейную кривую, что позволяет хорошо оценить состояние заряда: по измеренному напряжению можно довольно точно оценить значение соответствующего SOC.

Однако литий-ионные аккумуляторы имеют гораздо более пологую кривую разряда, а это означает, что в широком рабочем диапазоне напряжение на клеммах аккумулятора меняется очень незначительно.

Технология литий-железо-фосфата имеет самую пологую кривую разряда, что очень затрудняет оценку SOC при простом измерении напряжения. Действительно, разница напряжений между двумя значениями SOC может быть настолько маленькой, что невозможно оценить состояние заряда с хорошей точностью.

На диаграмме ниже показано, что разница в измерении напряжения между значением DOD 40% и 80% составляет около 6,0 В для аккумулятора 48 В свинцово-кислотной технологии, тогда как для литий-железо-фосфатного аккумулятора она составляет всего 0,5 В!

Однако калиброванные индикаторы заряда можно использовать специально для литий-ионных аккумуляторов вообще и литий-железо-фосфатных аккумуляторов в частности. Точные измерения в сочетании с смоделированной кривой нагрузки позволяют получить измерения SOC с точностью от 10 до 15%.

2/ Оценка SOC с использованием метода кулоновского счета.

Чтобы отслеживать состояние заряда при использовании аккумулятора, наиболее интуитивно понятным методом является отслеживание тока путем его учета во время использования элемента. Эта интеграция напрямую дает количество электрических зарядов, впрыскиваемых или выводимых из батареи, что позволяет точно определить количество SOC батареи.

В отличие от метода OCV, этот метод позволяет определить изменение состояния заряда во время использования аккумулятора. Для выполнения точных измерений не требуется, чтобы батарея находилась в состоянии покоя.

Кулоновский счетчик

Чтобы обеспечить точность измерения тока, важно учитывать любые потенциальные ошибки, которые могут возникнуть из-за частоты дискретизации. Хотя измерение тока обычно выполняется с использованием прецизионного резистора, небольшие ошибки все же могут возникать. Эти ошибки можно отнести к частоте дискретизации, которая может вносить незначительные неточности. Однако есть решение, позволяющее исправить эти ошибки и обеспечить точные измерения.

Чтобы исправить любые предельные ошибки, вызванные частотой дискретизации, кулоновый счетчик подвергается повторной калибровке при каждом цикле нагрузки. Этот процесс повторной калибровки имеет решающее значение для поддержания точности измерения тока. Путем повторной калибровки счетчика кулонов исправляются любые ошибки, которые могли возникнуть во время предыдущего цикла нагрузки, что гарантирует точность и надежность последующих измерений.

Благодаря реализации этого процесса повторной калибровки точность измерения тока значительно повышается. Он позволяет выявлять и исправлять любые предельные ошибки, которые могли возникнуть из-за частоты дискретизации. Это гарантирует высокую точность полученных измерений и возможность использования их в различных приложениях, например, в научных исследованиях, промышленных процессах или проектировании электронных схем.

В заключение, хотя измерение тока с использованием прецизионного резистора, как правило, является надежным, небольшие ошибки все же могут возникать из-за частоты дискретизации. Однако эти предельные ошибки можно исправить путем повторной калибровки счетчика Кулонов при каждом цикле нагрузки. Это гарантирует, что полученные измерения имеют высокую точность и им можно доверять в широком спектре приложений. Внедрив этот процесс повторной калибровки, вы можете быть уверены в точности и надежности ваших текущих измерений.

Литий-ионный Состояние заряда (SOC) измерение, выполненное путем подсчета кулонов, допускает погрешность измерения менее 1%, что позволяет очень точно определить энергию, оставшуюся в батарее. В отличие от метода OCV, подсчет кулонов не зависит от колебаний мощности батареи (которые вызывают падение напряжения батареи), а точность остается постоянной независимо от использования батареи.