Bateria-neurgailuen sarrera

Bateria-neurgailuen sarrera

1.1 Elektrizitate-kontagailuaren funtzioen sarrera

Bateriaren kudeaketa energiaren kudeaketaren parte gisa har daiteke. Baterien kudeaketan, elektrizitate kontagailua bateriaren edukiera kalkulatzeaz arduratzen da. Bere oinarrizko funtzioa tentsioa, karga/deskargako korrontea eta bateriaren tenperatura kontrolatzea da, eta bateriaren karga-egoera (SOC) eta karga-ahalmen osoa (FCC) estimatzea. Bateriaren karga-egoera kalkulatzeko bi metodo tipiko daude: zirkuitu irekiko tentsioaren metodoa (OCV) eta Coulombic neurtzeko metodoa. Beste metodo bat RICHTEK-ek diseinatutako tentsio dinamikoaren algoritmoa da.

1.2 Zirkuitu irekiko tentsio-metodoa

Elektrizitate kontagailu baterako zirkuitu irekiko tentsio-metodoa erabiltzeko inplementazio-metodoa nahiko erraza da, eta zirkuitu irekiko tentsioaren dagokion karga-egoera egiaztatuz lor daiteke. Zirkuitu irekiko tentsiorako suposatzen den baldintza bateria terminaleko tentsioa da, bateria 30 minutuz atseden hartzen duenean.

Bateriaren tentsio-kurba aldatu egiten da bateriaren kargaren, tenperaturaren eta zahartzearen arabera. Beraz, zirkuitu irekiko Voltmetro finko batek ezin du guztiz irudikatu karga-egoera; Ezin da karga-egoera kalkulatu taulak begiratuz soilik. Beste era batera esanda, karga-egoera taula bat begiratuz soilik kalkulatzen bada, errorea esanguratsua izango da.

Hurrengo irudiak erakusten du bateriaren tentsio beraren azpian, zirkuitu irekiko tentsioaren metodoaren bidez lortutako karga-egoeran alde nabarmena dagoela.

        5. Irudia. Bateriaren tentsioa kargatzeko eta deskargatzeko baldintzetan

Beheko irudian ikusten den bezala, deskargan zehar karga ezberdinen pean karga-egoeran ere alde nabarmena dago. Beraz, funtsean, zirkuitu irekiko tentsio-metodoa karga-egoerarako zehaztasun eskakizun txikia duten sistemetarako soilik da egokia, adibidez, berun-azidozko bateriak edo etenik gabeko elikadura-iturri erabiltzen dituzten autoetarako.

            2. Irudia. Baterien tentsioa karga ezberdinen pean deskargan

1.3 Metrologia coulombiarra

Coulomb-en metrologiaren funtzionamendu-printzipioa bateriaren karga/deskarga-bidean detekzio-erresistentzia bat konektatzea da. ADC-k detekzio-erresistentziaren tentsioa neurtzen du eta kargatzen edo deskargatzen ari den bateriaren korronte balioan bihurtzen du. Denbora errealeko kontagailuak (RTC) uneko balioa denborarekin integratzen du zenbat Coulomb dabiltzan zehazteko.

               3. Irudia. Coulomb neurketa metodoaren oinarrizko lan-modua

Coulombic metrologiak denbora errealeko karga-egoera zehaztasunez kalkula dezake kargatzeko edo deskargatzeko prozesuan. Kargatzen duen Coulomb kontagailua eta deskargatzen ari den Coulomb kontagailua erabiliz, gainerako ahalmen elektrikoa (RM) eta kargatzeko ahalmen osoa (FCC) kalkula ditzake. Aldi berean, gainerako karga-ahalmena (RM) eta guztiz kargatutako ahalmena (FCC) ere erabil daitezke karga-egoera kalkulatzeko, hau da, (SOC=RM/FCC). Horrez gain, geratzen den denbora ere kalkula dezake, hala nola energia agortzea (TTE) eta potentzia kargatzea (TTF).

                    4. irudia. Coulomb Metrologiarako kalkulu-formula

Bi faktore nagusi daude Coulomben metrologiaren zehaztasunaren desbideratzea eragiten dutenak. Lehena korrontearen sentsazioan eta ADC neurketan offset-erroreen pilaketa da. Gaur egungo teknologiarekin neurketa-errorea nahiko txikia den arren, ezabatzeko metodo on bat izan gabe, akats hori handitu egingo da denborarekin. Hurrengo irudiak erakusten du aplikazio praktikoetan, denboraren iraupenean zuzenketarik ez badago, metatutako errorea mugagabea dela.

              5. Irudia. Coulomb neurketa metodoaren errore metatua

Akats metatuak ezabatzeko, bateriaren funtzionamendu arruntean erabil daitezkeen hiru denbora-puntu daude: Kargaren amaiera (EOC), Deskargaren amaiera (EOD) eta Atsedenaldia (erlaxatu). Kargatzeko amaierako baldintza betetzen denean, bateria guztiz kargatuta dagoela eta Karga-egoera (SOC) % 100ekoa izan behar dela adierazten du. Deskarga amaierako egoerak bateria guztiz deskargatu dela adierazten du eta Karga-egoerak (SOC) % 0 izan behar duela; Tentsio balio absolutua izan daiteke edo kargaren arabera alda daiteke. Atseden egoerara iristean, bateria ez da ez kargatzen ez deskargatzen, eta egoera horretan geratzen da denbora luzez. Erabiltzaileak bateriaren atseden egoera erabili nahi badu metodo kuulometrikoaren akatsa zuzentzeko, zirkuitu irekiko voltmetroa erabili behar da momentu honetan. Hurrengo irudiak erakusten du goiko egoeretan karga-errorea zuzendu daitekeela.

            6. irudia. Metatutako akatsak ezabatzeko baldintzak Coulombic Metrologian

Coulomb metrologiaren zehaztasun-desbideratzea eragiten duen bigarren faktore nagusia Karga-gaitasun osoa (FCC) errorea da, hau da, bateriaren diseinatutako ahalmenaren eta bateriaren benetako karga-ahalmenaren arteko aldea. Erabat kargatutako ahalmena (FCC) tenperatura, zahartzea eta karga bezalako faktoreek eragiten dute. Hori dela eta, guztiz kargatutako ahalmenerako birikasteko eta konpentsazio metodoak funtsezkoak dira Coulombic metrologiarako. Ondorengo irudiak karga-errorearen joera-fenomenoa erakusten du guztiz kargatutako ahalmena gainestimatzen eta gutxiesten denean.

             7. Irudia: Errorearen joera guztiz kargatutako ahalmena gehiegi estimatzen eta gutxiesten denean

1.4 Tentsio-algoritmo dinamikoko elektrizitate-neurgailua

Tentsio dinamikoaren algoritmoak litiozko bateria baten karga-egoera kalkula dezake bateriaren tentsioan soilik oinarrituta. Metodo honek karga-egoeraren gehikuntza edo beherakada kalkulatzen du bateriaren tentsioaren eta bateriaren zirkuitu irekiko tentsioaren arteko diferentziaren arabera. Tentsio dinamikoaren informazioak modu eraginkorrean simulatu dezake litiozko baterien portaera eta karga-egoera (SOC) (%) zehaztu, baina metodo honek ezin du bateriaren edukieraren balioa (mAh) estimatu.

Bere kalkulu-metodoa bateria-tentsioaren eta zirkuitu irekiko tentsioaren arteko diferentzia dinamikoan oinarritzen da, eta karga-egoera estimatzen du karga-egoeraren igoera edo beherakada bakoitza kalkulatzeko algoritmo iteratiboak erabiliz. Coulomb metodoko elektrizitate-neurgailuen soluzioarekin alderatuta, tentsio-algoritmo dinamikoko elektrizitate-neurgailuak ez dituzte akatsak pilatzen denboran eta korrontean. Coulombic neurgailuak sarritan karga-egoeraren estimazio okerra izaten dute, korrontearen sentsazio akatsen eta bateriaren autodeskargaren ondorioz. Nahiz eta uneko sentsazio-errorea oso txikia izan, Coulomb kontagailuak akatsak pilatzen jarraituko du, kargatu edo deskargatu ondoren soilik ezabatu daitezkeenak.

Tentsio dinamikoaren algoritmoa bateria baten karga-egoera kalkulatzeko erabiltzen da tentsio-informazioan soilik oinarrituta; Bateriaren egungo informazioan oinarrituta kalkulatzen ez denez, ez dago akatsen pilaketarik. Karga-egoeraren zehaztasuna hobetzeko, tentsio dinamikoaren algoritmoak benetako gailu bat erabili behar du algoritmo optimizatu baten parametroak doitzeko, bateriaren tentsio-kurba errealaren arabera guztiz kargatutako eta guztiz deskargatutako baldintzetan.

     8. Irudia. Tentsio Dinamikoaren Algoritmoaren errendimendua Elektrizitate-neurgailurako eta irabazien optimizaziorako

Jarraian, tentsio dinamikoaren algoritmoaren errendimendua da deskarga-abiadura-baldintza desberdinetan karga-egoerari dagokionez. Irudian ikusten den bezala, bere kargaren zehaztasuna ona da. C/2, C/4, C/7 eta C/10-en deskarga-baldintzak gorabehera, metodo honen karga-egoera orokorra % 3 baino txikiagoa da.

      9. irudia. Tentsio dinamikoko algoritmoaren karga-egoeraren errendimendua deskarga-abiadura-baldintza desberdinetan

Hurrengo irudiak bateriaren karga-egoera erakusten du karga laburrean eta deskarga laburrean. Karga-egoeraren errorea oso txikia da oraindik, eta errore maximoa % 3 baino ez da.

       10. irudia. Tentsio dinamikoko algoritmoaren karga-egoeraren errendimendua baterien karga laburren eta deskarga laburren kasuan

Coulomb neurketa-metodoarekin alderatuta, normalean karga-egoera okerra eragiten du korrontearen sentsazio-erroreen eta bateriaren autodeskargaren ondorioz, tentsio dinamikoaren algoritmoak ez ditu akatsak pilatzen denboran eta korrontean, eta hori abantaila handia da. Karga/deskarga korronteei buruzko informazio falta dela eta, tentsio dinamikoaren algoritmoak epe laburreko zehaztasun eskasa eta erantzun denbora motela du. Gainera, ezin du kargatzeko ahalmen osoa kalkulatu. Hala ere, ondo funtzionatzen du epe luzerako zehaztasunari dagokionez, bateriaren tentsioak, azken batean, bere karga-egoera zuzenean islatzen baitu.