La teoría de carga y descarga de litio y el diseño del método de cálculo de electricidad
2. Introducción al medidor de batería
2.1 Introducción de funciones del medidor de electricidad
La gestión de la batería se puede considerar como parte de la gestión de energía.En la gestión de baterías, el contador de electricidad se encarga de estimar la capacidad de la batería.Su función básica es monitorear el voltaje, la corriente de carga/descarga y la temperatura de la batería, y estimar el estado de carga (SOC) y la capacidad de carga total (FCC) de la batería.Hay dos métodos típicos para estimar el estado de carga de la batería: método de voltaje de circuito abierto (OCV) y método culombimétrico.El otro método es el algoritmo de voltaje dinámico diseñado por RICHTEK.
2.2 Método de voltaje de circuito abierto
Es fácil realizar el medidor de electricidad utilizando el método de voltaje de circuito abierto, que se puede obtener al verificar el estado de carga correspondiente del voltaje de circuito abierto.Se supone que el voltaje de circuito abierto es el voltaje de terminal de la batería cuando la batería está en reposo durante más de 30 minutos.
La curva de voltaje de la batería variará según la carga, la temperatura y el envejecimiento de la batería.Por lo tanto, un voltímetro de circuito abierto fijo no puede representar completamente el estado de carga;El estado de carga no se puede estimar consultando la tabla únicamente.En otras palabras, si el estado de carga se estima solo consultando la tabla, el error será grande.
La siguiente figura muestra que el estado de carga (SOC) del mismo voltaje de batería es muy diferente por el método de voltaje de circuito abierto en carga y descarga.
Figura 5. Tensión de la batería en condiciones de carga y descarga
Se puede ver en la siguiente figura que el estado de carga varía mucho bajo diferentes cargas durante la descarga.Básicamente, el método de voltaje de circuito abierto solo es adecuado para sistemas que requieren baja precisión del estado de carga, como automóviles que usan baterías de plomo-ácido o sistemas de alimentación ininterrumpida.
Figura 6. Voltaje de la batería bajo diferentes cargas durante la descarga
2.3 Método coulométrico
El principio de funcionamiento de la culombimetría es conectar una resistencia de detección en la ruta de carga/descarga de la batería.El ADC mide el voltaje en la resistencia de detección y lo convierte en el valor actual de la batería que se está cargando o descargando.El contador en tiempo real (RTC) puede integrar el valor actual con el tiempo para saber cuántos culombios están fluyendo.
Figura 7. Modo de trabajo básico del método de medición de culombio
El método culombimétrico puede calcular con precisión el estado de carga en tiempo real durante la carga o descarga.Con el contador de coulomb de carga y el contador de coulomb de descarga, puede calcular la capacidad eléctrica residual (RM) y la capacidad de carga total (FCC).Al mismo tiempo, la capacidad de carga restante (RM) y la capacidad de carga completa (FCC) también se pueden utilizar para calcular el estado de carga (SOC=RM/FCC).Además, también puede estimar el tiempo restante, como el agotamiento de energía (TTE) y la plenitud de energía (TTF).
Figura 8. Fórmula de cálculo del método de Coulomb
Hay dos factores principales que causan la desviación de la precisión de la metrología coulombiana.El primero es la acumulación de error de compensación en la detección de corriente y la medición de ADC.Aunque el error de medición es relativamente pequeño con la tecnología actual, si no existe un buen método para eliminarlo, el error aumentará con el tiempo.La siguiente figura muestra que en la aplicación práctica, si no hay corrección en la duración del tiempo, el error acumulado es ilimitado.
Figura 9. Error acumulativo del método de Coulomb
Para eliminar el error acumulado, existen tres posibles puntos de tiempo en el funcionamiento normal de la batería: fin de carga (EOC), fin de descarga (EOD) y descanso (Relax).La batería está completamente cargada y el estado de carga (SOC) debe ser del 100 % cuando se alcanza la condición final de carga.La condición de final de descarga significa que la batería se ha descargado por completo y el estado de carga (SOC) debe ser 0%;Puede ser un valor de voltaje absoluto o cambiar con la carga.Al llegar al estado de reposo, la batería no está ni cargada ni descargada, y permanece en este estado durante mucho tiempo.Si el usuario desea utilizar el estado de reposo de la batería para corregir el error del método culombimétrico, debe utilizar un voltímetro de circuito abierto en este momento.La siguiente figura muestra que el error de estado de carga en las condiciones anteriores se puede corregir.
Figura 10. Condiciones para eliminar el error acumulativo del método culombimétrico
El segundo factor principal que causa la desviación de precisión del método de medición de coulomb es el error de capacidad de carga completa (FCC), que es la diferencia entre la capacidad de diseño de la batería y la capacidad de carga completa real de la batería.La capacidad de carga completa (FCC) se verá afectada por la temperatura, el envejecimiento, la carga y otros factores.Por lo tanto, el método de reaprendizaje y compensación de la capacidad completamente cargada es muy importante para el método culombimétrico.La siguiente figura muestra la tendencia del error SOC cuando se sobreestima o subestima la capacidad de carga completa.
Figura 11. Tendencia de error cuando se sobreestima o subestima la capacidad de carga completa
Hora de publicación: 15-feb-2023