Pengenalan kepada Meter Bateri

Pengenalan kepada Meter Bateri

1.1 Pengenalan kepada fungsi meter elektrik

Pengurusan bateri boleh dianggap sebagai sebahagian daripada pengurusan kuasa. Dalam pengurusan bateri, meter elektrik bertanggungjawab untuk menganggar kapasiti bateri. Fungsi asasnya ialah memantau voltan, arus pengecasan/penyahcasan, dan suhu bateri, dan menganggarkan keadaan cas (SOC) dan kapasiti cas penuh (FCC) bateri. Terdapat dua kaedah biasa untuk menganggarkan keadaan cas bateri: kaedah voltan litar terbuka (OCV) dan kaedah pengukuran Coulombik. Kaedah lain ialah algoritma voltan dinamik yang direka oleh RICHTEK.

1.2 Kaedah voltan litar terbuka

Kaedah pelaksanaan menggunakan kaedah voltan litar terbuka untuk meter elektrik adalah agak mudah, dan boleh diperolehi dengan menyemak keadaan cas yang sepadan bagi voltan litar terbuka. Keadaan yang diandaikan untuk voltan litar terbuka ialah voltan terminal bateri apabila bateri berehat selama kira-kira 30 minit.

Keluk voltan bateri berbeza-beza bergantung pada beban, suhu dan penuaan bateri. Oleh itu, Voltmeter litar terbuka tetap tidak dapat mewakili sepenuhnya keadaan cas; Ia tidak mungkin untuk menganggarkan keadaan caj semata-mata dengan mencari jadual. Dalam erti kata lain, jika keadaan caj dianggarkan semata-mata dengan mencari jadual, ralat akan menjadi ketara.

Rajah berikut menunjukkan bahawa di bawah voltan bateri yang sama, terdapat perbezaan yang ketara dalam keadaan cas yang diperoleh melalui kaedah voltan litar terbuka.

        Rajah 5. Voltan bateri di bawah keadaan pengecasan dan nyahcas

Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah, terdapat juga perbezaan yang ketara dalam keadaan cas di bawah beban yang berbeza semasa nyahcas. Jadi pada asasnya, kaedah voltan litar terbuka hanya sesuai untuk sistem dengan keperluan ketepatan yang rendah untuk keadaan pengecasan, seperti kereta yang menggunakan bateri asid plumbum atau bekalan kuasa yang tidak terganggu.

            Rajah 2. Voltan bateri di bawah beban yang berbeza semasa nyahcas

1.3 Metrologi Coulombik

Prinsip operasi metrologi Coulomb adalah untuk menyambungkan perintang pengesanan pada laluan pengecasan/penyahcasan bateri. ADC mengukur voltan pada perintang pengesanan dan menukarkannya kepada nilai semasa bateri yang sedang dicas atau dinyahcas. Kaunter masa nyata (RTC) menyediakan penyepaduan nilai semasa dengan masa untuk menentukan bilangan Coulomb yang mengalir.

               Rajah 3. Mod kerja asas kaedah pengukuran Coulomb

Metrologi Coulombik boleh mengira dengan tepat keadaan masa nyata cas semasa proses pengecasan atau nyahcas. Dengan menggunakan kaunter Coulomb pengecasan dan kaunter Coulomb nyahcas, ia boleh mengira baki kapasiti elektrik (RM) dan kapasiti pengecasan penuh (FCC). Pada masa yang sama, baki kapasiti cas (RM) dan kapasiti cas penuh (FCC) juga boleh digunakan untuk mengira keadaan cas, iaitu (SOC=RM/FCC). Selain itu, ia juga boleh menganggarkan baki masa, seperti penyusutan kuasa (TTE) dan cas semula kuasa (TTF).

                    Rajah 4. Formula Pengiraan untuk Metrologi Coulomb

Terdapat dua faktor utama yang menyebabkan sisihan ketepatan metrologi Coulomb. Yang pertama ialah pengumpulan ralat offset dalam penderiaan semasa dan pengukuran ADC. Walaupun ralat pengukuran agak kecil dengan teknologi semasa, tanpa kaedah yang baik untuk menghapuskannya, ralat ini akan meningkat dari semasa ke semasa. Angka berikut menunjukkan bahawa dalam aplikasi praktikal, jika tiada pembetulan dalam tempoh masa, ralat terkumpul adalah tidak terhad.

              Rajah 5. Ralat terkumpul kaedah pengukuran Coulomb

Untuk menghapuskan ralat kumulatif, terdapat tiga kemungkinan titik masa yang boleh digunakan semasa operasi bateri biasa: Pengecasan Tamat (EOC), Pengecasan Tamat (EOD) dan Rehat (Bersantai). Apabila syarat akhir pengecasan dipenuhi, ini menunjukkan bahawa bateri telah dicas sepenuhnya dan Keadaan Pengecasan (SOC) hendaklah 100%. Keadaan akhir nyahcas menunjukkan bahawa bateri telah dinyahcas sepenuhnya dan Keadaan Caj (SOC) hendaklah 0%; Ia boleh menjadi nilai voltan mutlak atau ia boleh berubah mengikut beban. Apabila mencapai keadaan rehat, bateri tidak dicas atau dinyahcas, dan ia kekal dalam keadaan ini untuk jangka masa yang lama. Jika pengguna ingin menggunakan keadaan rehat bateri untuk membetulkan ralat kaedah coulometrik, Voltmeter litar terbuka mesti digunakan pada masa ini. Rajah berikut menunjukkan bahawa keadaan ralat cas boleh diperbetulkan dalam keadaan di atas.

            Rajah 6. Syarat untuk Menghapuskan Ralat Terkumpul dalam Metrologi Coulombic

Faktor utama kedua yang menyebabkan sisihan ketepatan metrologi Coulomb ialah ralat Kapasiti Caj Penuh (FCC), iaitu perbezaan antara kapasiti reka bentuk bateri dan kapasiti cas penuh sebenar bateri. Kapasiti cas penuh (FCC) dipengaruhi oleh faktor seperti suhu, penuaan dan beban. Oleh itu, kaedah pembelajaran semula dan pampasan untuk kapasiti cas penuh adalah penting untuk metrologi Coulombic. Angka berikut menunjukkan fenomena trend keadaan ralat cas apabila kapasiti cas penuh dianggarkan terlalu tinggi dan dipandang rendah.

             Rajah 7: Trend ralat apabila kapasiti cas penuh dianggarkan terlalu tinggi dan dipandang rendah

1.4 Meter elektrik algoritma voltan dinamik

Algoritma voltan dinamik boleh mengira keadaan cas bateri litium berdasarkan voltan bateri semata-mata. Kaedah ini menganggarkan kenaikan atau pengurangan keadaan cas berdasarkan perbezaan antara voltan bateri dan voltan litar terbuka bateri. Maklumat voltan dinamik secara berkesan boleh mensimulasikan tingkah laku bateri litium dan menentukan keadaan cas (SOC) (%), tetapi kaedah ini tidak boleh menganggarkan nilai kapasiti bateri (mAh).

Kaedah pengiraannya adalah berdasarkan perbezaan dinamik antara voltan bateri dan voltan litar terbuka, dan menganggarkan keadaan cas dengan menggunakan algoritma lelaran untuk mengira setiap kenaikan atau penurunan dalam keadaan cas. Berbanding dengan penyelesaian meter elektrik kaedah Coulomb, meter elektrik algoritma voltan dinamik tidak mengumpul ralat dari semasa ke semasa dan semasa. Meter pemeteran Coulombik selalunya mempunyai anggaran yang tidak tepat tentang keadaan cas disebabkan oleh ralat penderiaan semasa dan nyahcas sendiri bateri. Walaupun ralat penderiaan semasa adalah sangat kecil, kaunter Coulomb akan terus mengumpul ralat, yang hanya boleh dihapuskan selepas pengecasan atau pelepasan lengkap.

Algoritma voltan dinamik digunakan untuk menganggarkan keadaan cas bateri berdasarkan maklumat voltan semata-mata; Kerana ia tidak dianggarkan berdasarkan maklumat semasa bateri, tiada pengumpulan ralat. Untuk meningkatkan ketepatan keadaan pengecasan, algoritma voltan dinamik perlu menggunakan peranti sebenar untuk melaraskan parameter algoritma yang dioptimumkan berdasarkan lengkung voltan bateri sebenar di bawah keadaan yang dicas sepenuhnya dan dinyahcas sepenuhnya.

     Rajah 8. Prestasi Algoritma Voltan Dinamik untuk Meter Elektrik dan Pengoptimuman Gain

Berikut ialah prestasi algoritma voltan dinamik di bawah keadaan kadar nyahcas yang berbeza dari segi keadaan cas. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, keadaan ketepatan casnya adalah baik. Tanpa mengira keadaan pelepasan C/2, C/4, C/7 dan C/10, keadaan keseluruhan ralat cas kaedah ini adalah kurang daripada 3%.

      Rajah 9. Prestasi Keadaan Caj Algoritma Voltan Dinamik di bawah Keadaan Kadar Nyahcas Berbeza

Rajah berikut menunjukkan keadaan pengecasan bateri di bawah pengecasan singkat dan keadaan nyahcas pendek. Ralat keadaan caj masih sangat kecil, dan ralat maksimum hanya 3%.

       Rajah 10. Prestasi Keadaan Caj Algoritma Voltan Dinamik dalam Kes Caj Pendek dan Nyahcas Pendek Bateri

Berbanding dengan kaedah pemeteran Coulomb, yang biasanya mengakibatkan keadaan cas yang tidak tepat disebabkan oleh ralat penderiaan semasa dan nyahcas sendiri bateri, algoritma voltan dinamik tidak mengumpul ralat dari semasa ke semasa dan semasa, yang merupakan kelebihan utama. Disebabkan kekurangan maklumat mengenai arus pengecasan/penyahcasan, algoritma voltan dinamik mempunyai ketepatan jangka pendek yang lemah dan masa tindak balas yang perlahan. Tambahan pula, ia tidak boleh menganggarkan kapasiti pengecasan penuh. Walau bagaimanapun, ia berfungsi dengan baik dari segi ketepatan jangka panjang, kerana voltan bateri akhirnya secara langsung mencerminkan keadaan casnya.