A teoria da carga e descarga de lítio e o design do método de cálculo de eletricidade
2. Introdução ao medidor de bateria
2.1 Introdução da função do medidor de eletricidade
O gerenciamento de bateria pode ser considerado como parte do gerenciamento de energia.No gerenciamento de bateria, o medidor de eletricidade é responsável por estimar a capacidade da bateria.Sua função básica é monitorar a tensão, a corrente de carga/descarga e a temperatura da bateria, além de estimar o estado de carga (SOC) e a capacidade de carga total (FCC) da bateria.Existem dois métodos típicos para estimar o estado de carga da bateria: método de tensão de circuito aberto (OCV) e método coulométrico.O outro método é o algoritmo de tensão dinâmica projetado pela RICHTEK.
2.2 Método de tensão de circuito aberto
É fácil realizar o medidor de eletricidade usando o método de tensão de circuito aberto, que pode ser obtido verificando o estado de carga correspondente da tensão de circuito aberto.A tensão de circuito aberto é considerada a tensão do terminal da bateria quando a bateria está em repouso por mais de 30 minutos.
A curva de voltagem da bateria varia com diferentes cargas, temperaturas e envelhecimento da bateria.Portanto, um voltímetro fixo de circuito aberto não pode representar totalmente o estado de carga;O estado de carga não pode ser estimado apenas olhando a tabela.Em outras palavras, se o estado de carga for estimado apenas consultando a tabela, o erro será grande.
A figura abaixo mostra que o estado de carga (SOC) da mesma tensão de bateria é muito diferente pelo método de tensão de circuito aberto sob carga e descarga.
Figura 5. Tensão da bateria sob condições de carga e descarga
Pode ser visto na figura abaixo que o estado de carga varia muito sob diferentes cargas durante a descarga.Então, basicamente, o método de tensão de circuito aberto é adequado apenas para sistemas que exigem baixa precisão do estado de carga, como carros que usam baterias de chumbo-ácido ou fontes de alimentação ininterruptas.
Figura 6. Tensão da bateria sob diferentes cargas durante a descarga
2.3 Método coulométrico
O princípio operacional da coulometria é conectar um resistor de detecção no caminho de carga/descarga da bateria.O ADC mede a tensão na resistência de detecção e a converte no valor atual da bateria que está sendo carregada ou descarregada.O contador em tempo real (RTC) pode integrar o valor atual com o tempo para saber quantos coulombs estão fluindo.
Figura 7. Modo de trabalho básico do método de medição de Coulomb
O método coulométrico pode calcular com precisão o estado de carga em tempo real durante o carregamento ou descarregamento.Com o contador de coulomb de carga e o contador de coulomb de descarga, ele pode calcular a capacidade elétrica residual (RM) e a capacidade de carga total (FCC).Ao mesmo tempo, a capacidade de carga restante (RM) e a capacidade de carga total (FCC) também podem ser usadas para calcular o estado de carga (SOC=RM/FCC).Além disso, também pode estimar o tempo restante, como esgotamento de energia (TTE) e plenitude de energia (TTF).
Figura 8. Fórmula de cálculo do método de Coulomb
Existem dois fatores principais que causam o desvio de precisão da metrologia coulombiana.O primeiro é o acúmulo de erro de deslocamento na detecção de corrente e na medição do ADC.Embora o erro de medição seja relativamente pequeno com a tecnologia atual, se não houver um bom método para eliminá-lo, o erro aumentará com o tempo.A figura abaixo mostra que na aplicação prática, se não houver correção no tempo de duração, o erro acumulado é ilimitado.
Figura 9. Erro cumulativo do método de Coulomb
Para eliminar o erro acumulado, existem três momentos possíveis no funcionamento normal da bateria: fim de carga (EOC), fim de descarga (EOD) e repouso (Relax).A bateria está totalmente carregada e o estado de carga (SOC) deve ser 100% quando a condição final de carregamento for atingida.A condição de fim de descarga significa que a bateria foi completamente descarregada e o estado de carga (SOC) deve ser 0%;Pode ser um valor absoluto de tensão ou variar com a carga.Ao atingir o estado de repouso, a bateria não é carregada nem descarregada e permanece nesse estado por muito tempo.Caso o usuário queira utilizar o estado de repouso da bateria para corrigir o erro do método coulométrico, deverá utilizar neste momento um voltímetro de circuito aberto.A figura abaixo mostra que o erro de estado de carga nas condições acima pode ser corrigido.
Figura 10. Condições para eliminação do erro cumulativo do método coulométrico
O segundo fator principal que causa o desvio de precisão do método de medição de coulomb é o erro de capacidade de carga total (FCC), que é a diferença entre a capacidade de projeto da bateria e a capacidade de carga total real da bateria.A capacidade de carga total (FCC) será afetada pela temperatura, envelhecimento, carga e outros fatores.Portanto, o método de reaprendizagem e compensação da capacidade totalmente carregada é muito importante para o método coulométrico.A figura abaixo mostra a tendência do erro SOC quando a capacidade de carga total é superestimada e subestimada.
Figura 11. Tendência de erro quando a capacidade de carga total é superestimada e subestimada
Horário de postagem: 15 de fevereiro de 2023