ทฤษฎีการประจุและการคายประจุของลิเธียมและการออกแบบวิธีการคำนวณไฟฟ้า(2)

ทฤษฎีการประจุและการคายประจุของลิเธียมและการออกแบบวิธีการคำนวณไฟฟ้า

2. ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเครื่องวัดแบตเตอรี่

2.1 การแนะนำฟังก์ชั่นของมิเตอร์ไฟฟ้า

การจัดการแบตเตอรี่ถือเป็นส่วนหนึ่งของการจัดการพลังงานในการจัดการแบตเตอรี่ มิเตอร์ไฟฟ้ามีหน้าที่ประมาณความจุของแบตเตอรี่ฟังก์ชันพื้นฐานคือการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า กระแสชาร์จ/ดิสชาร์จ และอุณหภูมิแบตเตอรี่ และประเมินสถานะการชาร์จ (SOC) และความจุการชาร์จเต็ม (FCC) ของแบตเตอรี่มีสองวิธีทั่วไปในการประมาณสถานะการชาร์จแบตเตอรี่: วิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) และวิธีคูลอมเมตริกอีกวิธีคืออัลกอริธึมแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกที่ออกแบบโดย RICHTEK

2.2 วิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด

ง่ายต่อการรับรู้มิเตอร์ไฟฟ้าโดยใช้วิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด ซึ่งสามารถรับได้โดยการตรวจสอบสถานะการชาร์จที่สอดคล้องกันของแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดจะถือว่าเป็นแรงดันขั้วแบตเตอรี่เมื่อแบตเตอรี่พักนานกว่า 30 นาที

เส้นโค้งแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะแตกต่างกันไปตามโหลด อุณหภูมิ และอายุของแบตเตอรี่ที่แตกต่างกันดังนั้น โวลต์มิเตอร์วงจรเปิดคงที่จึงไม่สามารถแสดงสถานะของประจุได้อย่างสมบูรณ์สถานะของค่าใช้จ่ายไม่สามารถประเมินได้โดยการค้นหาจากตารางเพียงอย่างเดียวกล่าวอีกนัยหนึ่ง หากสถานะของค่าใช้จ่ายถูกประเมินโดยการค้นหาตารางเท่านั้น ข้อผิดพลาดจะมีขนาดใหญ่

รูปด้านล่างแสดงให้เห็นว่าสถานะการชาร์จ (SOC) ของแรงดันแบตเตอรี่เดียวกันแตกต่างกันมากโดยวิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดภายใต้การชาร์จและการคายประจุ

ภาพที่ 5

รูปที่ 5 แรงดันแบตเตอรี่ภายใต้สภาวะการชาร์จและการคายประจุ

จะเห็นได้จากรูปด้านล่างว่าสถานะของประจุจะแปรผันอย่างมากภายใต้โหลดที่แตกต่างกันระหว่างการคายประจุโดยพื้นฐานแล้ว วิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดเหมาะสำหรับระบบที่ต้องการความแม่นยำต่ำของสถานะการชาร์จ เช่น รถยนต์ที่ใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรดหรือเครื่องสำรองไฟ

ภาพที่ 6

รูปที่ 6 แรงดันแบตเตอรี่ภายใต้โหลดต่างๆ ระหว่างการคายประจุ

2.3 วิธีคูลอมเมตริก

หลักการทำงานของคูลอมเมทรีคือการเชื่อมต่อตัวต้านทานการตรวจจับบนเส้นทางการชาร์จ/การคายประจุของแบตเตอรี่ADC วัดแรงดันไฟฟ้าบนความต้านทานการตรวจจับและแปลงเป็นค่าปัจจุบันของแบตเตอรี่ที่กำลังชาร์จหรือคายประจุตัวนับตามเวลาจริง (RTC) สามารถรวมค่าปัจจุบันเข้ากับเวลาเพื่อให้ทราบว่ามีคูลอมบ์กี่กระแส

 

 

 

ภาพที่ 7

รูปที่ 7 โหมดการทำงานพื้นฐานของวิธีการวัดคูลอมบ์

วิธีคูลอมเมตริกสามารถคำนวณสถานะการชาร์จแบบเรียลไทม์ได้อย่างแม่นยำระหว่างการชาร์จหรือการคายประจุด้วยตัวนับคูลอมบ์ของประจุและตัวนับคูลอมบ์ของดิสชาร์จ ทำให้สามารถคำนวณความจุไฟฟ้าคงเหลือ (RM) และความจุเต็มของประจุ (FCC)ในเวลาเดียวกัน ความจุของประจุที่เหลือ (RM) และความจุของประจุเต็ม (FCC) ยังสามารถใช้คำนวณสถานะของประจุ (SOC=RM/FCC)นอกจากนี้ยังสามารถประมาณเวลาที่เหลืออยู่ เช่น พลังงานหมด (TTE) และพลังงานเต็ม (TTF)

ภาพที่ 8

รูปที่ 8 สูตรการคำนวณของวิธีคูลอมบ์

มีสองปัจจัยหลักที่ทำให้ค่าเบี่ยงเบนความแม่นยำของมาตรวิทยาคูลอมบ์ประการแรกคือการสะสมของข้อผิดพลาดออฟเซ็ตในการตรวจจับปัจจุบันและการวัด ADCแม้ว่าข้อผิดพลาดในการวัดจะค่อนข้างเล็กด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน หากไม่มีวิธีการที่ดีในการกำจัดข้อผิดพลาดจะเพิ่มขึ้นตามกาลเวลารูปด้านล่างแสดงให้เห็นว่าในการใช้งานจริง หากไม่มีการแก้ไขในระยะเวลา ข้อผิดพลาดที่สะสมจะไม่จำกัด

ภาพที่ 9

รูปที่ 9 ข้อผิดพลาดสะสมของวิธีคูลอมบ์

เพื่อขจัดข้อผิดพลาดสะสม มีจุดเวลาที่เป็นไปได้สามจุดในการทำงานของแบตเตอรี่ปกติ: สิ้นสุดการชาร์จ (EOC) สิ้นสุดการคายประจุ (EOD) และพัก (Relax)แบตเตอรี่ชาร์จเต็มแล้วและสถานะการชาร์จ (SOC) ควรเป็น 100% เมื่อถึงเงื่อนไขการสิ้นสุดการชาร์จเงื่อนไขการสิ้นสุดการคายประจุหมายความว่าแบตเตอรี่ถูกคายประจุจนหมดและสถานะการชาร์จ (SOC) ควรเป็น 0%;อาจเป็นค่าแรงดันสัมบูรณ์หรือเปลี่ยนแปลงตามโหลดก็ได้เมื่อถึงสถานะพัก แบตเตอรี่จะไม่ถูกชาร์จหรือคายประจุ และจะยังคงอยู่ในสถานะนี้เป็นเวลานานหากผู้ใช้ต้องการใช้สถานะที่เหลือของแบตเตอรี่เพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดของวิธีคูลอมเมตริก เขาต้องใช้โวลต์มิเตอร์วงจรเปิดในเวลานี้ภาพด้านล่างแสดงให้เห็นว่าข้อผิดพลาดของสถานะการชาร์จภายใต้เงื่อนไขข้างต้นสามารถแก้ไขได้

ภาพที่ 10

รูปที่ 10 เงื่อนไขสำหรับการกำจัดข้อผิดพลาดสะสมของวิธีคูลอมเมตริก

ปัจจัยหลักประการที่สองที่ทำให้ความแม่นยำคลาดเคลื่อนของวิธีวัดคูลอมบ์คือข้อผิดพลาดความจุการชาร์จเต็ม (FCC) ซึ่งเป็นความแตกต่างระหว่างความจุการออกแบบของแบตเตอรี่และความจุการชาร์จเต็มจริงของแบตเตอรี่ความสามารถในการชาร์จเต็ม (FCC) จะได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ อายุ โหลด และปัจจัยอื่นๆดังนั้นวิธีการเรียนรู้ใหม่และการชดเชยความจุที่ชาร์จเต็มจึงมีความสำคัญมากสำหรับวิธีคูลอมเมตริกภาพด้านล่างแสดงแนวโน้มของข้อผิดพลาด SOC เมื่อมีการประเมินความสามารถในการชาร์จจนเต็มและประเมินไว้ต่ำเกินไป

ภาพที่ 11

รูปที่ 11 แนวโน้มข้อผิดพลาดเมื่อมีการประเมินความสามารถในการชาร์จจนเต็มและประเมินไว้ต่ำเกินไป


เวลาโพสต์: ก.พ.-15-2566