Panimula sa Mga Metro ng Baterya

Panimula sa Mga Metro ng Baterya

1.1 Panimula sa mga pag-andar ng metro ng kuryente

Ang pamamahala ng baterya ay maaaring ituring bilang bahagi ng pamamahala ng kuryente. Sa pamamahala ng baterya, ang metro ng kuryente ay may pananagutan sa pagtatantya ng kapasidad ng baterya. Ang pangunahing function nito ay upang subaybayan ang boltahe, pag-charge/discharging kasalukuyang, at temperatura ng baterya, at tantyahin ang estado ng pagsingil (SOC) at full charge capacity (FCC) ng baterya. Mayroong dalawang tipikal na paraan para sa pagtatantya ng estado ng singil ng isang baterya: ang open circuit voltage method (OCV) at ang Coulombic na paraan ng pagsukat. Ang isa pang paraan ay ang dynamic na boltahe algorithm na idinisenyo ng RICHTEK.

1.2 Paraan ng boltahe ng bukas na circuit

Ang paraan ng pagpapatupad ng paggamit ng isang open circuit na paraan ng boltahe para sa isang metro ng kuryente ay medyo madali, at maaaring makuha sa pamamagitan ng pagsuri sa kaukulang estado ng singil ng bukas na boltahe ng circuit. Ang ipinapalagay na kondisyon para sa boltahe ng bukas na circuit ay ang boltahe ng terminal ng baterya kapag ang baterya ay nagpapahinga nang humigit-kumulang 30 minuto.

Ang curve ng boltahe ng baterya ay nag-iiba depende sa pagkarga, temperatura, at pagtanda ng baterya. Samakatuwid, ang isang nakapirming bukas na circuit Voltmeter ay hindi maaaring ganap na kumakatawan sa estado ng pagsingil; Hindi posibleng tantyahin ang estado ng singil sa pamamagitan lamang ng paghahanap ng mga talahanayan. Sa madaling salita, kung ang estado ng pagsingil ay tinatantya lamang sa pamamagitan ng pagtingin sa isang talahanayan, magiging makabuluhan ang error.

Ang sumusunod na figure ay nagpapakita na sa ilalim ng parehong boltahe ng baterya, mayroong isang makabuluhang pagkakaiba sa estado ng singil na nakuha sa pamamagitan ng paraan ng open circuit boltahe.

        Figure 5. Boltahe ng baterya sa ilalim ng mga kondisyon ng pag-charge at pagdiskarga

Tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba, mayroon ding makabuluhang pagkakaiba sa estado ng singil sa ilalim ng iba't ibang mga pagkarga sa panahon ng paglabas. Sa pangkalahatan, ang paraan ng boltahe ng bukas na circuit ay angkop lamang para sa mga system na may mababang mga kinakailangan sa katumpakan para sa estado ng singil, tulad ng mga kotse na gumagamit ng mga lead-acid na baterya o hindi naaabala na mga supply ng kuryente.

            Figure 2. Boltahe ng baterya sa ilalim ng iba't ibang mga pagkarga habang naglalabas

1.3 Coulombic metrology

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng Coulomb metrology ay ang pagkonekta ng isang detection resistor sa charging/discharging path ng baterya. Sinusukat ng ADC ang boltahe sa detection resistor at kino-convert ito sa kasalukuyang halaga ng baterya na sinisingil o dini-discharge. Ang real time counter (RTC) ay nagbibigay ng pagsasama ng kasalukuyang halaga sa oras upang matukoy kung ilang Coulomb ang dumadaloy.

               Figure 3. Basic working mode ng Coulomb measurement method

Maaaring tumpak na kalkulahin ng Coulombic metrology ang real-time na estado ng pagsingil sa panahon ng proseso ng pagsingil o pagdiskarga. Sa pamamagitan ng paggamit ng charging Coulomb counter at discharging Coulomb counter, maaari nitong kalkulahin ang natitirang electrical capacity (RM) at ang full charging capacity (FCC). Kasabay nito, ang natitirang charge capacity (RM) at fully charged capacity (FCC) ay maaari ding gamitin para kalkulahin ang estado ng charge, ibig sabihin, (SOC=RM/FCC). Bilang karagdagan, maaari din nitong tantyahin ang natitirang oras, tulad ng pagkaubos ng kuryente (TTE) at power recharge (TTF).

                    Figure 4. Formula ng Pagkalkula para sa Coulomb Metrology

Mayroong dalawang pangunahing mga kadahilanan na nagiging sanhi ng paglihis ng katumpakan ng Coulomb metrology. Ang una ay ang akumulasyon ng mga error sa offset sa kasalukuyang sensing at pagsukat ng ADC. Kahit na ang error sa pagsukat ay medyo maliit sa kasalukuyang teknolohiya, nang walang isang mahusay na paraan upang maalis ito, ang error na ito ay tataas sa paglipas ng panahon. Ang sumusunod na figure ay nagpapakita na sa mga praktikal na aplikasyon, kung walang pagwawasto sa tagal ng panahon, ang naipon na error ay walang limitasyon.

              Figure 5. Naipon na error ng paraan ng pagsukat ng Coulomb

Upang maalis ang pinagsama-samang mga error, may tatlong posibleng time point na magagamit sa normal na operasyon ng baterya: End of Charge (EOC), End of Discharge (EOD), at Rest (Relax). Kapag natugunan ang kondisyon ng pagtatapos ng pag-charge, ipinapahiwatig nito na ang baterya ay ganap na na-charge at ang State of Charge (SOC) ay dapat na 100%. Ang kondisyon ng pagtatapos ng paglabas ay nagpapahiwatig na ang baterya ay ganap na na-discharge at ang State of Charge (SOC) ay dapat na 0%; Maaari itong maging isang ganap na halaga ng boltahe o maaari itong mag-iba sa pagkarga. Kapag umabot sa isang resting state, ang baterya ay hindi na-charge o na-discharge, at ito ay nananatili sa ganitong estado sa loob ng mahabang panahon. Kung gusto ng user na gamitin ang battery rest state para itama ang error ng coulometric method, dapat gumamit ng open circuit Voltmeter sa oras na ito. Ang sumusunod na figure ay nagpapakita na ang estado ng error sa pagsingil ay maaaring itama sa mga estado sa itaas.

            Figure 6. Mga Kundisyon para sa Pag-aalis ng Mga Naipon na Error sa Coulombic Metrology

Ang pangalawang pangunahing salik na nagiging sanhi ng paglihis ng katumpakan ng Coulomb metrology ay ang Full Charge Capacity (FCC) error, na siyang pagkakaiba sa pagitan ng idinisenyong kapasidad ng baterya at ng totoong full charge na kapasidad ng baterya. Ang fully charged capacity (FCC) ay naiimpluwensyahan ng mga salik gaya ng temperatura, pagtanda, at pagkarga. Samakatuwid, ang mga pamamaraan ng muling pag-aaral at kompensasyon para sa ganap na sisingilin na kapasidad ay mahalaga para sa Coulombic metrology. Ang sumusunod na figure ay nagpapakita ng trend phenomenon ng state of charge error kapag ang fully charged capacity ay overestimated at underestimated.

             Figure 7: Trend ng error kapag na-overestimated at minamaliit ang fully charged capacity

1.4 Dynamic na boltahe algorithm metro ng kuryente

Ang dynamic na boltahe algorithm ay maaaring kalkulahin ang estado ng singil ng isang lithium baterya batay lamang sa boltahe ng baterya. Tinatantya ng pamamaraang ito ang pagtaas o pagbaba ng estado ng singil batay sa pagkakaiba sa pagitan ng boltahe ng baterya at ng boltahe ng bukas na circuit ng baterya. Ang impormasyon ng dynamic na boltahe ay maaaring epektibong gayahin ang pag-uugali ng mga baterya ng lithium at matukoy ang estado ng singil (SOC) (%), ngunit hindi matantya ng pamamaraang ito ang halaga ng kapasidad ng baterya (mAh).

Ang paraan ng pagkalkula nito ay batay sa dynamic na pagkakaiba sa pagitan ng boltahe ng baterya at boltahe ng bukas na circuit, at tinatantya ang estado ng pagsingil sa pamamagitan ng paggamit ng mga umuulit na algorithm upang kalkulahin ang bawat pagtaas o pagbaba sa estado ng pagsingil. Kung ikukumpara sa solusyon ng mga metro ng kuryente ng pamamaraan ng Coulomb, ang mga dynamic na boltahe ng algorithm ng mga metro ng kuryente ay hindi nag-iipon ng mga error sa paglipas ng panahon at kasalukuyang. Ang mga metering meter ng Coulombic ay kadalasang may hindi tumpak na pagtatantya ng estado ng pagsingil dahil sa kasalukuyang mga error sa sensing at self-discharge ng baterya. Kahit na ang kasalukuyang sensing error ay napakaliit, ang Coulomb counter ay patuloy na mag-iipon ng mga error, na maaalis lamang pagkatapos ng kumpletong pag-charge o pag-discharge.

Ang dynamic na algorithm ng boltahe ay ginagamit upang tantyahin ang estado ng singil ng isang baterya batay lamang sa impormasyon ng boltahe; Dahil hindi ito tinatantya batay sa kasalukuyang impormasyon ng baterya, walang akumulasyon ng mga error. Upang mapabuti ang katumpakan ng estado ng pagsingil, ang dynamic na boltahe algorithm ay kailangang gumamit ng isang aktwal na aparato upang ayusin ang mga parameter ng isang na-optimize na algorithm batay sa aktwal na curve ng boltahe ng baterya sa ilalim ng ganap na na-charge at ganap na na-discharge na mga kondisyon.

     Figure 8. Pagganap ng Dynamic Voltage Algorithm para sa Electricity Meter at Gain Optimization

Ang sumusunod ay ang pagganap ng dynamic na algorithm ng boltahe sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ng rate ng paglabas sa mga tuntunin ng estado ng pagsingil. Gaya ng ipinapakita sa figure, ang katumpakan ng estado ng pagsingil nito ay mabuti. Anuman ang mga kondisyon ng paglabas ng C/2, C/4, C/7, at C/10, ang pangkalahatang estado ng error sa pagsingil ng pamamaraang ito ay mas mababa sa 3%.

      Figure 9. Pagganap ng State of Charge ng Dynamic Voltage Algorithm sa ilalim ng Iba't ibang Discharge Rate Conditions

Ang sumusunod na figure ay nagpapakita ng estado ng pagkarga ng baterya sa ilalim ng maikling pag-charge at maikling mga kondisyon sa pagdiskarga. Ang error ng state of charge ay napakaliit pa rin, at ang maximum na error ay 3% lamang.

       Figure 10. Pagganap ng State of Charge ng Dynamic Voltage Algorithm sa Kaso ng Short Charge at Short Discharge ng Baterya

Kung ikukumpara sa paraan ng pagsukat ng Coulomb, na kadalasang nagreresulta sa hindi tumpak na estado ng pagsingil dahil sa kasalukuyang mga error sa sensing at self-discharge ng baterya, ang dynamic na algorithm ng boltahe ay hindi nag-iipon ng mga error sa paglipas ng panahon at kasalukuyang, na isang pangunahing bentahe. Dahil sa kakulangan ng impormasyon sa pag-charge/pagdiskarga ng mga alon, ang dynamic na boltahe algorithm ay may mahinang panandaliang katumpakan at mabagal na oras ng pagtugon. Higit pa rito, hindi nito matantya ang buong kapasidad ng pag-charge. Gayunpaman, mahusay itong gumaganap sa mga tuntunin ng pangmatagalang katumpakan, dahil ang boltahe ng baterya sa huli ay direktang sumasalamin sa estado ng pagsingil nito.