نظرية شحن وتفريغ الليثيوم وتصميم طريقة حساب الكهرباء
2. مقدمة لمقياس البطارية
2.1 وظيفة إدخال عداد الكهرباء
يمكن اعتبار إدارة البطارية كجزء من إدارة الطاقة.في إدارة البطارية ، يكون عداد الكهرباء مسؤولاً عن تقدير سعة البطارية.وتتمثل وظيفتها الأساسية في مراقبة الجهد ، تيار الشحن / التفريغ ودرجة حرارة البطارية ، وتقدير حالة الشحن (SOC) وسعة الشحن الكاملة (FCC) للبطارية.هناك طريقتان نموذجيتان لتقدير حالة شحن البطارية: طريقة جهد الدائرة المفتوحة (OCV) وطريقة قياس الكولوم.الطريقة الأخرى هي خوارزمية الجهد الديناميكي التي صممها RICHTEK.
2.2 طريقة جهد الدائرة المفتوحة
من السهل إدراك عداد الكهرباء باستخدام طريقة جهد الدائرة المفتوحة ، والتي يمكن الحصول عليها عن طريق التحقق من حالة الشحن المقابلة لجهد الدائرة المفتوحة.يُفترض أن يكون جهد الدائرة المفتوحة هو الجهد الطرفي للبطارية عندما تكون البطارية في وضع الراحة لأكثر من 30 دقيقة.
سيختلف منحنى جهد البطارية باختلاف الحمل ودرجة الحرارة وعمر البطارية.لذلك ، لا يمكن لمقياس الفولتميتر ذو الدائرة المفتوحة الثابتة أن يمثل حالة الشحن بالكامل ؛لا يمكن تقدير حالة الشحن بالبحث عن الجدول وحده.بمعنى آخر ، إذا تم تقدير حالة الشحن فقط من خلال البحث في الجدول ، فسيكون الخطأ كبيرًا.
يوضح الشكل أدناه أن حالة الشحن (SOC) لنفس جهد البطارية تختلف اختلافًا كبيرًا عن طريقة جهد الدائرة المفتوحة تحت الشحن والتفريغ.
الشكل 5. جهد البطارية تحت ظروف الشحن والتفريغ
يتضح من الشكل أدناه أن حالة الشحن تختلف اختلافًا كبيرًا في ظل الأحمال المختلفة أثناء التفريغ.لذلك ، فإن طريقة جهد الدائرة المفتوحة مناسبة فقط للأنظمة التي تتطلب دقة منخفضة لحالة الشحن ، مثل السيارات التي تستخدم بطاريات الرصاص الحمضية أو إمدادات الطاقة غير المنقطعة.
الشكل 6. جهد البطارية تحت الأحمال المختلفة أثناء التفريغ
2.3 طريقة الكولومتري
مبدأ تشغيل قياس الكولسترول هو توصيل المقاوم للكشف على مسار الشحن / التفريغ للبطارية.يقيس ADC الجهد على مقاومة الكشف ويحوله إلى القيمة الحالية للبطارية التي يتم شحنها أو تفريغها.يمكن لعداد الوقت الحقيقي (RTC) أن يدمج القيمة الحالية مع الوقت لمعرفة عدد الكولوم التي تتدفق.
الشكل 7. طريقة العمل الأساسية لطريقة قياس الكولوم
يمكن لطريقة Coulometric أن تحسب بدقة حالة الشحن في الوقت الحقيقي أثناء الشحن أو التفريغ.باستخدام عداد كولوم الشحن وعداد كولوم التفريغ ، يمكنه حساب السعة الكهربائية المتبقية (RM) وسعة الشحن الكاملة (FCC).في الوقت نفسه ، يمكن أيضًا استخدام سعة الشحن المتبقية (RM) وسعة الشحن الكامل (FCC) لحساب حالة الشحن (SOC = RM / FCC).بالإضافة إلى ذلك ، يمكنه أيضًا تقدير الوقت المتبقي ، مثل استنفاد الطاقة (TTE) وامتلاء الطاقة (TTF).
الشكل 8. صيغة حساب طريقة كولوم
هناك نوعان من العوامل الرئيسية التي تسبب انحراف دقة قياس كولوم.الأول هو تراكم خطأ الإزاحة في الاستشعار الحالي وقياس ADC.على الرغم من أن خطأ القياس صغير نسبيًا مع التكنولوجيا الحالية ، إذا لم تكن هناك طريقة جيدة للقضاء عليه ، فسوف يزداد الخطأ بمرور الوقت.يوضح الشكل أدناه أنه في التطبيق العملي ، إذا لم يكن هناك تصحيح في المدة الزمنية ، فإن الخطأ المتراكم غير محدود.
الشكل 9. الخطأ التراكمي لطريقة كولوم
من أجل التخلص من الخطأ المتراكم ، هناك ثلاث نقاط زمنية محتملة في التشغيل العادي للبطارية: نهاية الشحن (EOC) ، ونهاية التفريغ (EOD) والراحة (الاسترخاء).البطارية مشحونة بالكامل ويجب أن تكون حالة الشحن (SOC) 100٪ عند الوصول إلى حالة انتهاء الشحن.تعني حالة انتهاء التفريغ أن البطارية قد تم تفريغها تمامًا وأن حالة الشحن (SOC) يجب أن تكون 0٪ ؛يمكن أن تكون قيمة جهد مطلقة أو تتغير مع الحمل.عند الوصول إلى حالة الراحة ، لا يتم شحن البطارية أو تفريغها ، وتظل على هذه الحالة لفترة طويلة.إذا أراد المستخدم استخدام الحالة المتبقية للبطارية لتصحيح خطأ طريقة قياس الكولونيا ، فيجب عليه استخدام مقياس الفولتميتر ذي الدائرة المفتوحة في هذا الوقت.يوضح الشكل أدناه أنه يمكن تصحيح حالة خطأ الشحن في ظل الظروف المذكورة أعلاه.
الشكل 10. شروط القضاء على الخطأ التراكمي لطريقة قياس الكولسترول
العامل الرئيسي الثاني الذي يسبب انحراف الدقة في طريقة قياس كولوم هو خطأ سعة الشحن الكامل (FCC) ، وهو الفرق بين السعة التصميمية للبطارية وسعة الشحن الكاملة الحقيقية للبطارية.تتأثر سعة الشحن الكاملة (FCC) بدرجة الحرارة والشيخوخة والحمل وعوامل أخرى.لذلك ، فإن طريقة إعادة التعلم والتعويض للقدرة المشحونة بالكامل مهمة جدًا لطريقة قياس الكولوم.يوضح الشكل أدناه اتجاه خطأ SOC عندما يتم المبالغة في تقدير سعة الشحن الكاملة والتقليل من شأنها.
الشكل 11. اتجاه الخطأ عند المبالغة في تقدير سعة الشحن الكامل والتقليل من شأنها
الوقت ما بعد: 15 فبراير - 2023