Liitiumi laengu ja tühjenemise teooria ja elektriarvutusmeetodi kavandamine
2. Sissejuhatus akumõõturisse
2.1 Elektriarvesti funktsiooni juurutamine
Akuhaldust võib pidada toitehalduse osaks.Akuhalduses vastutab aku mahutavuse hindamise eest elektriarvesti.Selle põhifunktsiooniks on jälgida pinget, laadimis-/tühjenemisvoolu ja aku temperatuuri ning hinnata aku laadimisolekut (SOC) ja täislaadimisvõimsust (FCC).Aku laetuse taseme hindamiseks on kaks tüüpilist meetodit: avatud vooluahela pinge meetod (OCV) ja kulomeetriline meetod.Teine meetod on RICHTEKi välja töötatud dünaamilise pinge algoritm.
2.2 Avatud vooluahela pinge meetod
Elektriarvestit on lihtne realiseerida avatud ahela pinge meetodil, mille saab kontrollida avatud ahela pinge vastavat laenguseisundit.Kui aku puhkab kauem kui 30 minutit, eeldatakse, et avatud vooluahela pinge on aku klemmi pinge.
Aku pingekõver varieerub sõltuvalt koormuse, temperatuuri ja aku vananemisest.Seetõttu ei saa fikseeritud avatud ahelaga voltmeeter täielikult esitada laetuse olekut;Laadimisolekut ei saa hinnata ainult tabelit otsides.Teisisõnu, kui laetuse taset hinnatakse ainult tabelist üles otsides, on viga suur.
Alloleval joonisel on näha, et sama akupinge laetuse olek (SOC) on laadimise ja tühjenemise ajal avatud vooluahela pingemeetodil väga erinev.
Joonis 5. Aku pinge laadimise ja tühjenemise tingimustes
Allolevalt jooniselt on näha, et laadimisaste erineb tühjenemise ajal erinevatel koormustel suuresti.Põhimõtteliselt sobib avatud ahelaga pinge meetod ainult süsteemidele, mis nõuavad madalat laadimisoleku täpsust, näiteks pliiakusid või katkematuid toiteallikaid kasutavad autod.
Joonis 6. Aku pinge erinevatel koormustel tühjenemise ajal
2.3 Kulomeetriline meetod
Kulomeetria tööpõhimõte on tuvastustakisti ühendamine aku laadimise/tühjenemise teel.ADC mõõdab tuvastustakistuse pinget ja teisendab selle laetava või tühjeneva aku praeguseks väärtuseks.Reaalajaloendur (RTC) suudab integreerida praeguse väärtuse ajaga, et teada saada, mitu kulonit voolab.
Joonis 7. Kuloni mõõtmismeetodi põhitöörežiim
Kulomeetriline meetod võimaldab täpselt arvutada reaalajas laadimise oleku laadimise või tühjendamise ajal.Laadimiskulonide loenduri ja tühjenduskuloni loenduri abil saab see arvutada elektrilise jääkvõimsuse (RM) ja täislaadimisvõimsuse (FCC).Samal ajal saab laetuse oleku arvutamiseks kasutada ka järelejäänud laadimisvõimsust (RM) ja täislaadimisvõimsust (FCC) (SOC=RM/FCC).Lisaks saab see hinnata ka järelejäänud aega, näiteks võimsuse ammendumist (TTE) ja võimsust (TTF).
Joonis 8. Kuloni meetodi arvutusvalem
Kulonimetroloogia täpsuse kõrvalekaldeid põhjustavad kaks peamist tegurit.Esimene on nihkevea kogunemine voolu tuvastamisel ja ADC mõõtmisel.Kuigi mõõtmisviga on praeguse tehnoloogia juures suhteliselt väike, siis kui head meetodit selle kõrvaldamiseks pole, siis viga aja jooksul suureneb.Alloleval joonisel on näha, et praktilises rakenduses, kui ajalist kestust ei korrigeerita, on akumuleeritud viga piiramatu.
Joonis 9. Kuloni meetodi kumulatiivne viga
Kuhjunud vea kõrvaldamiseks on aku normaalsel tööl kolm võimalikku ajahetke: laadimise lõpp (EOC), tühjenemise lõpp (EOD) ja puhkeaeg (Relax).Aku on täielikult laetud ja laadimise lõppseisundi saavutamisel peaks laetuse olek (SOC) olema 100%.Tühjenemise lõpu tingimus tähendab, et aku on täielikult tühjenenud ja laetuse olek (SOC) peaks olema 0%;See võib olla absoluutne pinge väärtus või muutuda koos koormusega.Puhkeolekusse jõudes aku ei lae ega tühjene ning püsib selles olekus kaua.Kui kasutaja soovib kulomeetrilise meetodi vea parandamiseks kasutada aku puhkeolekut, peab ta praegu kasutama avatud ahelaga voltmeetrit.Alloleval joonisel on näha, et ülaltoodud tingimustel saab laadimisoleku viga parandada.
Joonis 10. Kulomeetrilise meetodi kumulatiivse vea kõrvaldamise tingimused
Teine peamine kulonmõõtmismeetodi täpsuse hälvet põhjustav tegur on täislaadimismahu (FCC) viga, mis on erinevus aku projekteerimisvõimsuse ja aku tegeliku täislaadimismahu vahel.Täislaadimisvõimsust (FCC) mõjutavad temperatuur, vananemine, koormus ja muud tegurid.Seetõttu on kulomeetrilise meetodi jaoks väga oluline täielikult laetud võimsuse ümberõppimise ja kompenseerimise meetod.Allolev joonis näitab SOC-vea trendi, kui täislaadimisvõimsus on üle- ja alahinnatud.
Joonis 11. Tõrgete trend, kui täislaadimisvõimsus on üle- ja alahinnatud
Postitusaeg: 15. veebruar 2023