Lityum şarjı ve deşarjı teorisi ve elektrik hesaplama yönteminin tasarımı
2. Pil ölçere giriş
2.1 Elektrik sayacının işlev tanıtımı
Pil yönetimi, güç yönetiminin bir parçası olarak düşünülebilir.Pil yönetiminde, pil kapasitesinin tahmin edilmesinden elektrik sayacı sorumludur.Temel işlevi voltajı, şarj/deşarj akımını ve pil sıcaklığını izlemek ve pilin şarj durumunu (SOC) ve tam şarj kapasitesini (FCC) tahmin etmektir.Pilin şarj durumunu tahmin etmenin iki tipik yöntemi vardır: açık devre voltajı yöntemi (OCV) ve kulometrik yöntem.Diğer yöntem ise RICHTEK tarafından tasarlanan dinamik gerilim algoritmasıdır.
2.2 Açık devre voltajı yöntemi
Açık devre geriliminin karşılık gelen şarj durumunu kontrol ederek elde edilebilen açık devre gerilimi yöntemini kullanarak elektrik sayacını gerçekleştirmek kolaydır.Akü 30 dakikadan fazla dinlendiğinde, açık devre voltajının akü terminal voltajı olduğu varsayılır.
Akü voltajı eğrisi, farklı yük, sıcaklık ve akü eskimesine göre değişecektir.Bu nedenle, sabit bir açık devre voltmetre şarj durumunu tam olarak temsil edemez;Şarj durumu yalnızca tabloya bakarak tahmin edilemez.Diğer bir deyişle, şarj durumu sadece tabloya bakılarak tahmin edilirse, hata büyük olacaktır.
Aşağıdaki şekil, aynı akü voltajının şarj durumunun (SOC), şarj ve deşarj sırasında açık devre voltajı yöntemiyle çok farklı olduğunu göstermektedir.
Şekil 5. Şarj ve deşarj koşullarında akü voltajı
Aşağıdaki şekilden görülebileceği gibi, şarj durumu boşaltma sırasında farklı yükler altında büyük ölçüde değişmektedir.Bu nedenle, temel olarak, açık devre voltajı yöntemi yalnızca kurşun asitli piller veya kesintisiz güç kaynakları kullanan arabalar gibi şarj durumunun düşük doğrulukta olmasını gerektiren sistemler için uygundur.
Şekil 6. Deşarj sırasında farklı yükler altında akü gerilimi
2.3 Kulometrik yöntem
Kulometrinin çalışma prensibi, pilin şarj/deşarj yoluna bir tespit direnci bağlamaktır.ADC, algılama direncindeki voltajı ölçer ve bunu şarj edilen veya boşalan pilin mevcut değerine dönüştürür.Gerçek zamanlı sayaç (RTC), kaç coulomb'un aktığını bilmek için mevcut değeri zamanla entegre edebilir.
Şekil 7. Coulomb ölçüm yönteminin temel çalışma modu
Kulometrik yöntem, şarj etme veya boşaltma sırasında gerçek zamanlı şarj durumunu doğru bir şekilde hesaplayabilir.Şarj coulomb sayacı ve deşarj coulomb sayacı ile artık elektrik kapasitesini (RM) ve tam şarj kapasitesini (FCC) hesaplayabilir.Aynı zamanda kalan şarj kapasitesi (RM) ve tam şarj kapasitesi (FCC) de şarj durumunu hesaplamak için kullanılabilir (SOC=RM/FCC).Ayrıca, güç tükenmesi (TTE) ve güç doluluğu (TTF) gibi kalan süreyi de tahmin edebilir.
Şekil 8. Coulomb yönteminin hesaplama formülü
Coulomb metrolojisinin doğruluk sapmasına neden olan iki ana faktör vardır.Birincisi, akım algılama ve ADC ölçümünde ofset hatasının birikmesidir.Mevcut teknoloji ile ölçüm hatası nispeten küçük olsa da, ortadan kaldırmak için iyi bir yöntem yoksa hata zamanla artacaktır.Aşağıdaki şekil, pratik uygulamada, zaman süresinde herhangi bir düzeltme yoksa, birikmiş hatanın sınırsız olduğunu göstermektedir.
Şekil 9. Coulomb yönteminin kümülatif hatası
Birikmiş hatayı ortadan kaldırmak için normal pil çalışmasında üç olası zaman noktası vardır: şarj sonu (EOC), deşarj sonu (EOD) ve dinlenme (Rahatla).Pil tamamen şarj olmuştur ve şarj durumu (SOC), şarj bitiş durumuna ulaşıldığında %100 olmalıdır.Boşalma bitiş durumu, pilin tamamen boşaldığı ve şarj durumunun (SOC) %0 olması gerektiği anlamına gelir;Mutlak bir voltaj değeri olabilir veya yükle değişebilir.Dinlenme durumuna geldiğinde pil ne şarj olur ne de boşalır ve uzun süre bu durumda kalır.Kullanıcı, kulometrik yöntemin hatasını düzeltmek için pilin dinlenme durumunu kullanmak istiyorsa, bu sırada açık devre voltmetre kullanmalıdır.Aşağıdaki şekil, yukarıdaki koşullar altında şarj durumu hatasının düzeltilebileceğini göstermektedir.
Şekil 10. Kulometrik yöntemin kümülatif hatasını ortadan kaldırmak için koşullar
Coulomb ölçüm yönteminin doğruluk sapmasına neden olan ikinci ana faktör, pilin tasarım kapasitesi ile gerçek tam şarj kapasitesi arasındaki fark olan tam şarj kapasitesi (FCC) hatasıdır.Tam şarj kapasitesi (FCC) sıcaklık, eskime, yük ve diğer faktörlerden etkilenecektir.Bu nedenle, tam dolu kapasitenin yeniden öğrenme ve telafi yöntemi, kulometrik yöntem için çok önemlidir.Aşağıdaki şekil, tam şarj kapasitesi olduğundan fazla ve olduğundan az tahmin edildiğinde SOC hatasının eğilimini göstermektedir.
Şekil 11. Tam şarj kapasitesi fazla ve hafife alındığında hata eğilimi
Gönderim zamanı: 15 Şubat 2023