Lý thuyết nạp xả Lithium & thiết kế phương pháp tính toán điện năng
2. Giới thiệu về máy đo pin
2.1 Giới thiệu chức năng của công tơ điện
Quản lý pin có thể được coi là một phần của quản lý năng lượng.Trong quản lý pin, đồng hồ đo điện chịu trách nhiệm ước tính dung lượng pin.Chức năng cơ bản của nó là theo dõi điện áp, dòng sạc/xả và nhiệt độ của pin, đồng thời ước tính trạng thái sạc (SOC) và dung lượng sạc đầy (FCC) của pin.Có hai phương pháp điển hình để ước tính trạng thái sạc của pin: phương pháp điện áp mạch hở (OCV) và phương pháp đo điện lượng.Phương pháp khác là thuật toán điện áp động do RICHTEK thiết kế.
2.2 Phương pháp điện áp hở mạch
Có thể dễ dàng nhận ra công tơ điện sử dụng phương pháp điện áp hở mạch, có thể thu được bằng cách kiểm tra trạng thái tích điện tương ứng của điện áp hở mạch.Điện áp hở mạch được coi là điện áp cực của ắc quy khi ắc quy không hoạt động trong hơn 30 phút.
Đường cong điện áp của pin sẽ thay đổi theo mức tải, nhiệt độ và tuổi thọ pin khác nhau.Do đó, vôn kế mạch hở cố định không thể biểu thị đầy đủ trạng thái điện tích;Tình trạng phí không thể được ước tính bằng cách tra cứu bảng một mình.Nói cách khác, nếu chỉ ước tính trạng thái điện tích bằng cách tra cứu bảng, sai số sẽ lớn.
Hình bên dưới cho thấy trạng thái sạc (SOC) của cùng một điện áp pin rất khác nhau theo phương pháp điện áp mạch hở khi sạc và xả.
Hình 5. Điện áp pin trong điều kiện sạc và xả
Có thể thấy từ hình bên dưới rằng trạng thái điện tích thay đổi rất nhiều dưới các tải khác nhau trong quá trình phóng điện.Vì vậy, về cơ bản, phương pháp điện áp mạch hở chỉ phù hợp với các hệ thống yêu cầu độ chính xác thấp về trạng thái điện tích, chẳng hạn như ô tô sử dụng ắc quy axit-chì hoặc nguồn điện liên tục.
Hình 6. Điện áp ắc quy dưới các mức tải khác nhau trong quá trình phóng điện
2.3 Phương pháp điện lượng
Nguyên lý hoạt động của phép đo điện lượng là kết nối một điện trở phát hiện trên đường sạc/xả của pin.ADC đo điện áp trên điện trở phát hiện và chuyển đổi nó thành giá trị hiện tại của pin được sạc hoặc xả.Bộ đếm thời gian thực (RTC) có thể tích hợp giá trị hiện tại với thời gian để biết có bao nhiêu coulomb đang chảy.
Hình 7. Chế độ làm việc cơ bản của phương pháp đo coulomb
Phương pháp điện lượng có thể tính toán chính xác trạng thái sạc theo thời gian thực trong quá trình sạc hoặc xả.Với bộ đếm điện tích và bộ đếm điện tích xả, nó có thể tính toán công suất điện còn lại (RM) và công suất sạc đầy (FCC).Đồng thời, dung lượng sạc còn lại (RM) và dung lượng sạc đầy (FCC) cũng có thể được sử dụng để tính trạng thái sạc (SOC=RM/FCC).Ngoài ra, nó cũng có thể ước tính thời gian còn lại, chẳng hạn như cạn kiệt năng lượng (TTE) và hết năng lượng (TTF).
Hình 8. Công thức tính toán của phương pháp culông
Có hai yếu tố chính gây ra độ lệch chính xác của phép đo coulomb.Đầu tiên là sự tích tụ của sai số bù trong đo lường cảm biến dòng điện và ADC.Mặc dù sai số đo tương đối nhỏ với công nghệ hiện tại, nhưng nếu không có phương pháp tốt để loại bỏ nó, sai số sẽ tăng lên theo thời gian.Hình dưới đây cho thấy trong ứng dụng thực tế, nếu không hiệu chỉnh trong khoảng thời gian đó thì sai số tích lũy là không giới hạn.
Hình 9. Sai số tích lũy của phương pháp coulomb
Để loại bỏ lỗi tích lũy, có thể có ba thời điểm trong hoạt động bình thường của pin: kết thúc sạc (EOC), kết thúc xả (EOD) và nghỉ (Thư giãn).Pin đã được sạc đầy và trạng thái sạc (SOC) phải là 100% khi đạt đến điều kiện kết thúc sạc.Điều kiện kết thúc xả có nghĩa là pin đã được xả hoàn toàn và trạng thái sạc (SOC) phải là 0%;Nó có thể là một giá trị điện áp tuyệt đối hoặc thay đổi theo tải.Khi đạt đến trạng thái nghỉ, pin không được sạc cũng như không được xả và nó sẽ ở trạng thái này trong một thời gian dài.Nếu người dùng muốn sử dụng trạng thái nghỉ của pin để sửa lỗi của phương pháp đo điện lượng thì lúc này phải sử dụng vôn kế mạch hở.Hình dưới đây cho thấy trạng thái lỗi sạc trong các điều kiện trên có thể được sửa chữa.
Hình 10. Điều kiện loại bỏ sai số tích lũy của phương pháp điện lượng
Yếu tố chính thứ hai gây ra độ lệch chính xác của phương pháp đo coulomb là lỗi dung lượng sạc đầy (FCC), là sự khác biệt giữa dung lượng thiết kế của pin và dung lượng sạc đầy thực của pin.Dung lượng sạc đầy (FCC) sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, tuổi thọ, tải trọng và các yếu tố khác.Do đó, phương pháp học lại và bù công suất được sạc đầy là rất quan trọng đối với phương pháp điện lượng.Hình dưới đây cho thấy xu hướng lỗi SOC khi dung lượng sạc đầy được đánh giá quá cao và đánh giá thấp.
Hình 11. Xu hướng lỗi khi đánh giá quá cao và đánh giá thấp dung lượng sạc đầy
Thời gian đăng: 15-02-2023