Batareya sayğaclarına giriş

Batareya sayğaclarına giriş

1.1 Elektrik sayğacının funksiyalarına giriş

Batareyanın idarə edilməsi enerji idarəetməsinin bir hissəsi hesab edilə bilər. Batareyanın idarə edilməsində elektrik sayğacı akkumulyatorun tutumunun hesablanmasından məsuldur. Onun əsas funksiyası gərginliyə, doldurma/boşaltma cərəyanına və batareyanın temperaturuna nəzarət etmək və batareyanın doldurulma vəziyyətini (SOC) və tam doldurma qabiliyyətini (FCC) qiymətləndirməkdir. Batareyanın doldurulma vəziyyətini qiymətləndirmək üçün iki tipik üsul var: açıq dövrə gərginliyi metodu (OCV) və Coulomb ölçmə üsulu. Başqa bir üsul RICHTEK tərəfindən hazırlanmış dinamik gərginlik alqoritmidir.

1.2 Açıq dövrə gərginliyi üsulu

Elektrik sayğacı üçün açıq dövrə gərginliyi metodundan istifadənin həyata keçirilməsi üsulu nisbətən asandır və açıq dövrə gərginliyinin müvafiq yük vəziyyətini yoxlamaqla əldə edilə bilər. Açıq dövrə gərginliyi üçün nəzərdə tutulan şərt, batareya təxminən 30 dəqiqə dayandıqda batareyanın terminal gərginliyidir.

Batareyanın gərginlik əyrisi batareyanın yükündən, temperaturundan və yaşlanmasından asılı olaraq dəyişir. Buna görə də, sabit açıq dövrəli Voltmetr şarj vəziyyətini tam şəkildə təmsil edə bilməz; Yalnız cədvəllərə baxmaqla yükün vəziyyətini qiymətləndirmək mümkün deyil. Başqa sözlə, şarj vəziyyəti yalnız cədvələ baxmaqla təxmin edilirsə, səhv əhəmiyyətli olacaq.

Aşağıdakı rəqəm, eyni batareya gərginliyi altında, açıq dövrə gərginliyi üsulu ilə əldə edilən şarj vəziyyətində əhəmiyyətli bir fərq olduğunu göstərir.

        Şəkil 5. Doldurma və boşalma şəraitində batareyanın gərginliyi

Aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi, boşalma zamanı müxtəlif yüklər altında yükləmə vəziyyətində də əhəmiyyətli fərq var. Beləliklə, əsasən, açıq dövrə gərginliyi metodu yalnız qurğuşun-turşu akkumulyatorlarından və ya fasiləsiz enerji təchizatından istifadə edən avtomobillər kimi yüklənmə vəziyyəti üçün aşağı dəqiqlik tələbləri olan sistemlər üçün uyğundur.

            Şəkil 2. Boşalma zamanı müxtəlif yüklər altında akkumulyatorun gərginliyi

1.3 Kulon metrologiyası

Coulomb metrologiyasının iş prinsipi batareyanın doldurulması/boşaldılması yolunda aşkarlama rezistorunu birləşdirməkdir. ADC aşkarlama rezistorundakı gərginliyi ölçür və onu doldurulan və ya boşaldılan batareyanın cari dəyərinə çevirir. Real vaxt sayğacı (RTC) nə qədər Coulomb axdığını müəyyən etmək üçün cari dəyərin zamanla inteqrasiyasını təmin edir.

               Şəkil 3. Kulon ölçmə metodunun əsas iş rejimi

Coulomb metrologiyası doldurma və ya boşalma prosesi zamanı yükün real vaxt vəziyyətini dəqiq hesablaya bilir. Dolduran Coulomb sayğacından və boşaldıcı Coulomb sayğacından istifadə edərək, qalan elektrik tutumunu (RM) və tam doldurma qabiliyyətini (FCC) hesablaya bilər. Eyni zamanda, qalan doldurma qabiliyyəti (RM) və tam doldurulmuş tutum (FCC) şarj vəziyyətini hesablamaq üçün də istifadə edilə bilər, yəni (SOC=RM/FCC). Bundan əlavə, o, həmçinin enerjinin tükənməsi (TTE) və enerji doldurulması (TTF) kimi qalan vaxtı da hesablaya bilər.

                    Şəkil 4. Kulon metrologiyası üçün hesablama düsturu

Coulomb metrologiyasının dəqiq sapmasına səbəb olan iki əsas amil var. Birincisi, cərəyan algılamasında və ADC-nin ölçülməsində ofset xətalarının yığılmasıdır. Mövcud texnologiya ilə ölçmə xətası nisbətən kiçik olsa da, onu aradan qaldırmaq üçün yaxşı bir üsul olmasa da, zaman keçdikcə bu səhv artacaq. Aşağıdakı rəqəm göstərir ki, praktik tətbiqlərdə, zaman müddətində heç bir düzəliş olmadıqda, yığılmış xəta qeyri-məhduddur.

              Şəkil 5. Kulon ölçmə metodunun yığılmış xətası

Kumulyativ səhvləri aradan qaldırmaq üçün batareyanın normal işləməsi zamanı istifadə edilə bilən üç mümkün vaxt nöqtəsi var: Doldurmanın Sonu (EOC), Boşalmanın Sonu (EOD) və İstirahət (Rahatlayın). Doldurma son şərti yerinə yetirildikdə, bu, batareyanın tam doldurulduğunu və Doldurma Vəziyyətinin (SOC) 100% olması lazım olduğunu göstərir. Boşalmanın son vəziyyəti batareyanın tam boşaldığını və Doldurma vəziyyətinin (SOC) 0% olması lazım olduğunu göstərir; Bu mütləq gərginlik dəyəri ola bilər və ya yükə görə dəyişə bilər. İstirahət vəziyyətinə çatdıqda, batareya nə doldurulur, nə də boşaldılır və uzun müddət bu vəziyyətdə qalır. Əgər istifadəçi kulometrik metodun səhvini düzəltmək üçün batareyanın dayanıqlı vəziyyətindən istifadə etmək istəyirsə, bu zaman açıq dövrəli voltmetrdən istifadə edilməlidir. Aşağıdakı rəqəm göstərir ki, yüklənmə vəziyyəti səhvi yuxarıda göstərilən dövlətlərdə düzəldilə bilər.

            Şəkil 6. Kulomb metrologiyasında yığılmış səhvlərin aradan qaldırılması şərtləri

Coulomb metrologiyasının dəqiq sapmasına səbəb olan ikinci əsas amil, batareyanın nəzərdə tutulmuş tutumu ilə batareyanın həqiqi tam doldurma qabiliyyəti arasındakı fərq olan Tam Doldurma Tutumu (FCC) xətasıdır. Tam doldurulmuş tutum (FCC) temperatur, yaşlanma və yük kimi amillərdən təsirlənir. Buna görə də, tam doldurulmuş tutum üçün təkrar öyrənmə və kompensasiya üsulları Coulomb metrologiyası üçün çox vacibdir. Aşağıdakı rəqəm tam doldurulmuş tutumun həddən artıq qiymətləndirildiyi və aşağı qiymətləndirildiyi zaman şarj xətası vəziyyətinin tendensiya fenomenini göstərir.

             Şəkil 7: Tam doldurulmuş tutum həddən artıq qiymətləndirildikdə və aşağı qiymətləndirildikdə xəta meyli

1.4 Dinamik gərginlik alqoritmi elektrik sayğacı

Dinamik gərginlik alqoritmi yalnız akkumulyatorun gərginliyinə əsaslanaraq litium batareyanın doldurulma vəziyyətini hesablaya bilər. Bu üsul, batareyanın gərginliyi ilə batareyanın açıq dövrə gərginliyi arasındakı fərqə əsaslanaraq, şarj vəziyyətinin artımını və ya azalmasını qiymətləndirir. Dinamik gərginlik məlumatları litium batareyalarının davranışını effektiv şəkildə simulyasiya edə və doldurulma vəziyyətini (SOC) (%) təyin edə bilər, lakin bu üsul batareyanın tutum dəyərini (mAh) qiymətləndirə bilməz.

Onun hesablama metodu akkumulyatorun gərginliyi ilə açıq dövrə gərginliyi arasındakı dinamik fərqə əsaslanır və doldurulma vəziyyətinin hər bir artımını və ya azalmasını hesablamaq üçün iterativ alqoritmlərdən istifadə edərək şarj vəziyyətini təxmin edir. Coulomb metodu elektrik sayğaclarının həlli ilə müqayisədə dinamik gərginlik alqoritmi elektrik sayğacları zaman və cərəyanla səhvlər yığmır. Coulomb ölçmə sayğacları tez-tez cərəyan algılama səhvləri və batareyanın özünü boşalması səbəbindən doldurulma vəziyyətini qeyri-dəqiq qiymətləndirirlər. Cari algılama xətası çox kiçik olsa belə, Coulomb sayğacı səhvləri toplamaqda davam edəcək, yalnız tam doldurulduqdan və ya boşaldıqdan sonra aradan qaldırıla bilər.

Dinamik gərginlik alqoritmi yalnız gərginlik məlumatlarına əsaslanaraq batareyanın doldurulma vəziyyətini qiymətləndirmək üçün istifadə olunur; Batareyanın cari məlumatlarına əsaslanaraq təxmin edilmədiyi üçün səhvlərin yığılması yoxdur. Doldurma vəziyyətinin dəqiqliyini artırmaq üçün dinamik gərginlik alqoritmi tam doldurulmuş və tam boşalmış şəraitdə faktiki akkumulyator gərginliyi əyrisi əsasında optimallaşdırılmış alqoritmin parametrlərini tənzimləmək üçün faktiki cihazdan istifadə etməlidir.

     Şəkil 8. Elektrik sayğacı və qazancın optimallaşdırılması üçün dinamik gərginlik alqoritminin icrası

Aşağıda yük vəziyyəti baxımından müxtəlif boşalma dərəcəsi şərtlərində dinamik gərginlik alqoritminin performansı verilmişdir. Şəkildə göstərildiyi kimi, onun doldurulma dəqiqliyi yaxşıdır. C/2, C/4, C/7 və C/10 boşalma şəraitindən asılı olmayaraq, bu metodun yüklənmə xətasının ümumi vəziyyəti 3%-dən azdır.

      Şəkil 9. Dinamik Gərginlik Alqoritminin Fərqli Boşaltma Tezliyi Şərtlərində Yükləmə Vəziyyətinin İşlənməsi

Aşağıdakı şəkildə qısa doldurma və qısa boşalma şəraitində batareyanın doldurulması vəziyyəti göstərilir. Şarj vəziyyətinin səhvi hələ də çox kiçikdir və maksimum səhv yalnız 3% -dir.

       Şəkil 10. Batareyaların qısa doldurulması və boşaldılması zamanı dinamik gərginlik alqoritminin doldurulma vəziyyətinin icrası

Adətən cərəyan algılama xətaları və batareyanın özünü boşalması səbəbindən yükün qeyri-dəqiq vəziyyəti ilə nəticələnən Coulomb ölçmə metodu ilə müqayisədə dinamik gərginlik alqoritmi zaman və cərəyanla səhvləri yığmır ki, bu da böyük üstünlükdür. Doldurma/boşaltma cərəyanları haqqında məlumatın olmaması səbəbindən dinamik gərginlik alqoritmi zəif qısamüddətli dəqiqliyə və yavaş cavab müddətinə malikdir. Bundan əlavə, tam doldurma qabiliyyətini təxmin edə bilməz. Bununla belə, o, uzunmüddətli dəqiqlik baxımından yaxşı işləyir, çünki akkumulyatorun gərginliyi son nəticədə onun doldurulma vəziyyətini birbaşa əks etdirir.