Аккумуляторлық есептегіштермен таныстыру

Аккумуляторлық есептегіштермен таныстыру

1.1 Электр есептегіштің қызметімен таныстыру

Батареяны басқаруды қуатты басқару бөлігі ретінде қарастыруға болады. Батареяны басқаруда электр есептегіш батарея сыйымдылығын бағалауға жауап береді. Оның негізгі функциясы кернеуді, зарядтау/разрядтау тогын және батарея температурасын бақылау және батареяның заряд күйін (SOC) және толық зарядтау сыйымдылығын (FCC) бағалау болып табылады. Аккумулятор зарядының күйін бағалаудың екі типтік әдісі бар: ашық тізбектегі кернеу әдісі (OCV) және кулондық өлшеу әдісі. Тағы бір әдіс - RICHTEK жасаған динамикалық кернеу алгоритмі.

1.2 Ашық тізбектегі кернеу әдісі

Электр есептегіші үшін ашық тізбектегі кернеу әдісін қолдануды жүзеге асыру әдісі салыстырмалы түрде оңай және оны ашық тізбектегі кернеудің зарядының сәйкес күйін тексеру арқылы алуға болады. Ашық тізбектегі кернеудің болжамды шарты батарея 30 минуттай жұмыс істеп тұрған кездегі батарея терминалының кернеуі болып табылады.

Батареяның кернеу қисығы батареяның жүктемесіне, температурасына және ескіруіне байланысты өзгереді. Сондықтан тұрақты ашық тізбектегі вольтметр заряд күйін толық көрсете алмайды; Тек кестелерді іздеу арқылы зарядтың күйін бағалау мүмкін емес. Басқаша айтқанда, егер заряд күйі тек кестені іздеу арқылы бағаланса, қате маңызды болады.

Келесі суретте батареяның бірдей кернеуі кезінде ашық тізбектегі кернеу әдісі арқылы алынған заряд күйінде айтарлықтай айырмашылық бар екенін көрсетеді.

        Сурет 5. Зарядтау және разрядтау жағдайында аккумулятордың кернеуі

Төмендегі суретте көрсетілгендей, разряд кезінде әртүрлі жүктемелердегі заряд күйінде де айтарлықтай айырмашылық бар. Негізінде, ашық тізбектегі кернеу әдісі тек заряд күйіне қойылатын дәлдік талаптары төмен жүйелер үшін жарамды, мысалы, қорғасын-қышқылды аккумуляторларды немесе үздіксіз қуат көздерін пайдаланатын автомобильдер.

            Сурет 2. Зарядтау кезіндегі әртүрлі жүктемелердегі аккумулятордың кернеуі

1.3 Кулон метрологиясы

Кулон метрологиясының жұмыс принципі аккумулятордың зарядтау/разрядтау жолында анықтау резисторын қосу болып табылады. ADC анықтау резисторындағы кернеуді өлшейді және оны зарядталған немесе зарядсызданған батареяның ағымдағы мәніне түрлендіреді. Нақты уақыт есептегіші (RTC) қанша кулон ағып жатқанын анықтау үшін ағымдағы мәнді уақытпен біріктіруді қамтамасыз етеді.

               Сурет 3. Кулондық өлшеу әдісінің негізгі жұмыс режимі

Кулон метрологиясы зарядтау немесе разрядтау процесі кезінде зарядтың нақты уақыт күйін дәл есептей алады. Зарядтау кулондық есептегішті және разрядтау кулондық есептегішті пайдалану арқылы ол қалған электр қуатын (RM) және толық зарядтау сыйымдылығын (FCC) есептей алады. Сонымен бірге қалған заряд сыйымдылығы (RM) және толық зарядталған сыйымдылық (FCC) заряд күйін есептеу үшін де пайдаланылуы мүмкін, яғни (SOC=RM/FCC). Бұған қоса, ол қуат таусылуы (TTE) және қуатты қайта зарядтау (TTF) сияқты қалған уақытты да бағалай алады.

                    Сурет 4. Кулон метрологиясының есептеу формуласы

Кулон метрологиясының дәлдігінің ауытқуын тудыратын екі негізгі фактор бар. Біріншісі – токты сезіну мен ADC өлшеудегі офсеттік қателердің жинақталуы. Өлшеу қателігі қазіргі технологиямен салыстырмалы түрде аз болғанымен, оны жоюдың жақсы әдісі болмаса, бұл қате уақыт өте келе артады. Төмендегі сурет практикалық қолданбаларда уақыт ұзақтығында түзету болмаса, жинақталған қателік шексіз болатынын көрсетеді.

              Сурет 5. Кулондық өлшеу әдісінің жинақталған қатесі

Жиынтық қателерді жою үшін батареяның қалыпты жұмысы кезінде пайдалануға болатын үш мүмкін уақыт нүктесі бар: Зарядтың аяқталуы (EOC), зарядсызданудың аяқталуы (EOD) және демалыс (Релакс). Зарядтауды аяқтау шарты орындалғанда, бұл батареяның толық зарядталғанын және заряд күйі (SOC) 100% болуы керек екенін көрсетеді. Тазартудың аяқталу жағдайы аккумулятордың толығымен таусылғанын және заряд күйі (SOC) 0% болуы керек екенін көрсетеді; Бұл абсолютті кернеу мәні болуы мүмкін немесе жүктемеге байланысты өзгеруі мүмкін. Демалыс күйіне жеткенде аккумулятор заряды да, заряды да таусылған жоқ және ол ұзақ уақыт бойы осы күйде қалады. Пайдаланушы кулонометриялық әдіс қатесін түзету үшін батареяның тыныштық күйін пайдаланғысы келсе, осы уақытта ашық тізбектегі вольтметрді пайдалану керек. Төмендегі суретте заряд күйінің қателігін жоғарыда көрсетілген күйлерде түзетуге болатыны көрсетілген.

            Сурет 6. Кулондық метрологиядағы жинақталған қателерді жою шарттары

Кулон метрологиясының дәлдігінің ауытқуын тудыратын екінші негізгі фактор - бұл батареяның жобаланған сыйымдылығы мен аккумулятордың шынайы толық зарядтау сыйымдылығы арасындағы айырмашылық болып табылатын Толық зарядтау сыйымдылығы (FCC) қатесі. Толық зарядталған сыйымдылыққа (FCC) температура, қартаю және жүктеме сияқты факторлар әсер етеді. Сондықтан толық зарядталған сыйымдылықты қайта үйрену және өтемақы әдістері кулондық метрология үшін өте маңызды. Төмендегі суретте толық зарядталған сыйымдылық артық және төмен бағаланған кездегі заряд күйінің қателігінің тренд құбылысы көрсетілген.

             7-сурет: Толық зарядталған сыйымдылықты асыра бағалау және төмен бағалау кезіндегі қателік үрдісі

1.4 Динамикалық кернеу алгоритмі электр есептегіш

Динамикалық кернеу алгоритмі тек батарея кернеуіне негізделген литий батареясының заряд күйін есептей алады. Бұл әдіс аккумулятордың кернеуі мен аккумулятордың ашық тізбектегі кернеуі арасындағы айырмашылық негізінде заряд күйінің өсуін немесе азаюын бағалайды. Динамикалық кернеу туралы ақпарат литий батареяларының әрекетін тиімді модельдеуге және заряд күйін (SOC) (%) анықтай алады, бірақ бұл әдіс батарея сыйымдылығын (мАч) бағалай алмайды.

Оның есептеу әдісі аккумулятор кернеуі мен ашық тізбектегі кернеу арасындағы динамикалық айырмашылыққа негізделген және заряд күйінің әрбір ұлғаюын немесе төмендеуін есептеу үшін қайталанатын алгоритмдерді қолдану арқылы заряд күйін бағалайды. Кулон әдісімен электр есептегіштерінің шешімімен салыстырғанда динамикалық кернеу алгоритмі электр есептегіштері уақыт пен ток бойынша қателерді жинақтамайды. Кулондық өлшеуіштер токты сезу қателеріне және аккумулятордың өздігінен зарядсыздануына байланысты заряд күйін дұрыс бағаламайды. Ағымдағы сезіну қатесі өте аз болса да, Кулон есептегіші қателерді жинақтауды жалғастырады, оларды тек толық зарядтау немесе зарядсыздандырудан кейін жоюға болады.

Динамикалық кернеу алгоритмі тек кернеу туралы ақпарат негізінде аккумулятор зарядының күйін бағалау үшін қолданылады; Батареяның ағымдағы ақпараты негізінде бағаланбағандықтан, қателердің жинақталуы жоқ. Заряд күйінің дәлдігін жақсарту үшін динамикалық кернеу алгоритмі толық зарядталған және толық зарядсызданған жағдайда батареяның нақты кернеуінің қисығына негізделген оңтайландырылған алгоритм параметрлерін реттеу үшін нақты құрылғыны пайдалануы керек.

     Сурет 8. Электр есептегішіне арналған динамикалық кернеу алгоритмінің өнімділігі және кірісті оңтайландыру

Төменде заряд күйі бойынша разряд жылдамдығының әртүрлі жағдайларында динамикалық кернеу алгоритмінің өнімділігі берілген. Суретте көрсетілгендей, оның заряд күйінің дәлдігі жақсы. С/2, С/4, С/7 және С/10 разряд жағдайларына қарамастан, бұл әдістің заряд қатесінің жалпы күйі 3%-дан аз.

      Сурет 9. Динамикалық кернеу алгоритмінің заряд күйінің әртүрлі разряд жылдамдығы жағдайында орындалуы

Төмендегі суретте қысқа зарядтау және қысқа зарядтау жағдайында батареяның зарядының күйі көрсетілген. Заряд күйінің қателігі әлі де өте аз, ал максималды қателік тек 3% құрайды.

       10-сурет. Батареялардың қысқа зарядталуы және қысқа разряды жағдайында динамикалық кернеу алгоритмінің заряд күйінің өнімділігі.

Әдетте токты сезу қателеріне және батареяның өздігінен зарядсыздануына байланысты зарядтың дұрыс емес күйіне әкелетін Кулондық өлшеу әдісімен салыстырғанда динамикалық кернеу алгоритмі уақыт пен ток бойынша қателерді жинамайды, бұл үлкен артықшылық болып табылады. Зарядтау/разрядтау токтары туралы ақпараттың болмауына байланысты динамикалық кернеу алгоритмі нашар қысқа мерзімді дәлдікке және баяу жауап беру уақытына ие. Сонымен қатар, ол толық зарядтау сыйымдылығын бағалай алмайды. Дегенмен, ол ұзақ мерзімді дәлдік тұрғысынан жақсы жұмыс істейді, өйткені батарея кернеуі ақыр соңында оның заряд күйін тікелей көрсетеді.