Litiumbatteri Laddningsläge

Lithium-Ion State of Charge (SoC) mätning

Litiumjonbatterierna används återkommande i en mängd olika applikationer.För att säkerställa ett effektivt batteriutnyttjande och längre livslängd, batterihanteringssystem (BMS) är anställd.De senaste BMS:erna håller på att bli sofistikerade och orsakar en högre förbrukning av batteriet.Den uppskattade SoC kalibreras genom att använda en original händelsedriven öppen kretsspänning (OCV) till SoC-kurvan.Den utarbetade systemjämförelsen görs med de traditionella motsvarigheterna.Resultaten visar en mer än tredje storleksordning bättre än det föreslagna systemet när det gäller kompressionsförstärkning och beräkningseffektivitet samtidigt som de säkerställer en analog SoC-uppskattningsprecision.

Definition och klassificering av SOC-uppskattning

SOC är en av de viktigaste parametrarna för batterier, men dess definition presenterar många olika problem.I allmänhet definieras SOC för ett batteri som förhållandet mellan dess nuvarande kapacitet () och den nominella kapaciteten ().Den nominella kapaciteten anges av tillverkaren och representerar den maximala mängden laddning som kan lagras i batteriet.SOC kan definieras enligt följande:

Laddningsläge (SoC) är laddningsnivån för ett elektriskt batteri i förhållande till dess kapacitet.Enheterna för SoC är procentenheter (0% = tom; 100% = full).En alternativ form av samma mått är urladdningsdjupet (DoD), inversen av SoC (100% = tom; 0% = full).

Det finns flera sätt att få Lithium-Ion State of Charge (SoC) mätning eller Urladdningsdjup (DoD) för ett litiumbatteri.Vissa metoder är ganska komplicerade att implementera och kräver komplex utrustning (impedansspektroskopi eller hydrometermätare för blybatterier).

Vi kommer här att beskriva de två vanligaste och enklaste metoderna för att uppskatta laddningstillståndet för ett batteri: spänningsmetod eller Öppen kretsspänning (OCV ) och coulombräkningsmetod.

1/ SoC-uppskattning med Open Circuit Voltage Method (OCV)

Alla typer av batterier har en sak gemensamt: spänningen vid deras poler minskar eller ökar beroende på deras laddningsnivå.Spänningen blir högst när batteriet är fulladdat och lägst när det är tomt.

Detta förhållande mellan spänning och SOC beror direkt på vilken batteriteknik som används.Som ett exempel jämför diagrammet nedan urladdningskurvorna mellan ett blybatteri och ett litiumjonbatteri.

Det kan ses att blybatterier har en relativt linjär kurva, vilket möjliggör en bra uppskattning av laddningstillståndet: för en uppmätt spänning är det möjligt att ganska exakt uppskatta värdet på den tillhörande SoC.

Litiumjonbatterier har dock en mycket plattare urladdningskurva, vilket gör att spänningen vid batteripolerna ändras väldigt lite över ett brett driftområde.

Lithium Iron Phosphate-tekniken har den plattaste urladdningskurvan, vilket gör det mycket svårt att uppskatta SoC på en enkel spänningsmätning.Spänningsskillnaden mellan två SoC-värden kan faktiskt vara så liten att det inte är möjligt att uppskatta laddningstillståndet med god precision.

Diagrammet nedan visar att spänningsmätningsskillnaden mellan ett DoD-värde på 40% och 80% är ca 6,0V för ett 48V batteri i blysyrateknik, medan det bara är 0,5V för litium-järn-fosfat!

Kalibrerade laddningsindikatorer kan dock användas specifikt för litiumjonbatterier i allmänhet och litiumjärnfosfatbatterier i synnerhet.En exakt mätning, i kombination med en modellerad lastkurva, gör att SoC-mätningar kan erhållas med en noggrannhet på 10 till 15 %.

2/ SoC-uppskattning med Coulomb Counting-metoden

För att spåra laddningstillståndet när du använder batteriet är den mest intuitiva metoden att följa strömmen genom att integrera den under cellanvändning.Denna integration ger direkt antalet elektriska laddningar som injiceras eller tas ut från batteriet, vilket gör det möjligt att exakt kvantifiera batteriets SoC.

Till skillnad från OCV-metoden kan denna metod bestämma utvecklingen av laddningstillståndet under batterianvändning.Det kräver inte att batteriet är i vila för att utföra en exakt mätning.

Coulomb Counter

Även om strömmätning utförs av ett precisionsmotstånd, kan små mätfel uppstå, relaterade till samplingsfrekvensen.För att korrigera dessa marginella fel omkalibreras coulomb-räknaren vid varje belastningscykel.

Litium-jon Laddningsläge (SoC) mätning gjord med coulombräkning tillåter ett mätfel på mindre än 1 %, vilket möjliggör en mycket exakt indikation av energin som finns kvar i batteriet.Till skillnad från OCV-metoden är coulombräkning oberoende av batterieffektfluktuationer (som orsakar batterispänningsfall), och noggrannheten förblir konstant oavsett batterianvändning.