1. Introduction to Lithium Ion Battery

1.1 State-Of-Charge (SOC)

Ka eta a chaj dwe defini kòm eta a nan enèji elektrik ki disponib nan batri a, anjeneral eksprime kòm yon pousantaj. Paske enèji elektrik ki disponib la varye selon chaj ak egzeyat aktyèl, tanperati, ak fenomèn aje, definisyon eta chaj tou divize an de kalite: eta absoli chaj (ASOC) ak eta relatif (eta relatif). -Of-Charge; ASOC) Eta-Of-Chaj; RSOC). Nòmalman eta relatif ranje chaj la se 0% -100%, pandan y ap batri a se 100% lè konplètman chaje ak 0% lè konplètman egzeyate. Eta absoli chaj la se yon valè referans kalkile dapre valè kapasite fiks ki fèt lè batri a fabrike. Eta a absoli chaj nan yon mak nouvo batri konplètman chaje se 100%; e menm si yon batri aje konplètman chaje, li pa ka rive 100% anba diferan chaj ak egzeyat kondisyon.

Figi ki anba a montre relasyon ki genyen ant vòltaj ak kapasite batri nan diferan pousantaj egzeyat. Plis pousantaj egzeyat la pi wo, se pi ba kapasite batri a. Lè tanperati a ba, kapasite batri a ap diminye tou.

Figi 1.

Relasyon ki genyen ant vòltaj ak kapasite nan diferan pousantaj egzeyat ak tanperati

1.2 Max Charging Voltage

The maximum charging voltage is related to the chemical composition and characteristics of the battery. The charging voltage of lithium battery is usually 4.2V and 4.35V, and the voltage value will be different if the cathode and anode materials are different.

1.3 Konplètman chaje

Lè diferans ki genyen ant vòltaj batri a ak vòltaj ki pi wo a chaje mwens pase 100mV, ak aktyèl la chaje desann nan C/10, batri a ka konsidere kòm konplètman chaje. Karakteristik batri yo diferan, ak kondisyon chaj plen yo diferan tou.

Figi ki anba a montre yon koub tipik batri ityòm chaje karakteristik. Lè vòltaj batri a egal a vòltaj chaje ki pi wo a ak aktyèl la chaje desann nan C/10, batri a konsidere kòm konplètman chaje.

Figi 2. Lityòm batri chaje karakteristik koub

1.4 Mini Dechaje Voltage

The minimum discharge voltage can be defined by the cut-off discharge voltage, which is usually the voltage when the state of charge is 0%. This voltage value is not a fixed value, but changes with load, temperature, aging degree, or other factors.

1.5 Egzeyat totalman

Lè vòltaj batri a se mwens pase oswa egal a vòltaj la egzeyat minimòm, li ka rele yon egzeyat konplè.

1.6 Pousantaj chaj ak egzeyat (C-Rate)

The charge-discharge rate is an expression of the charge-discharge current relative to the battery capacity. For example, if 1C is used to discharge for one hour, ideally, the battery will be completely discharged. Different charge and discharge rates will result in different usable capacity. Generally, the greater the charge-discharge rate, the smaller the available capacity.

1.7 Sik lavi

Nimewo a nan sik se kantite fwa yon batri te sibi chaj konplè ak egzeyat, ki ka estime nan kapasite aktyèl la egzeyat ak kapasite nan konsepsyon. Chak fwa kapasite egzeyat akimile egal a kapasite konsepsyon, kantite sik se yon fwa. Anjeneral apre 500 sik chaj-egzeyat, kapasite yon batri konplètman chaje gout pa 10% ~ 20%.

Figure 3. The relationship between the number of cycles and battery capacity

1.8 Oto-egzeyat

Oto-egzeyat nan tout pil ogmante kòm tanperati a leve. Oto-egzeyat se fondamantalman pa yon domaj fabrikasyon, men karakteristik sa yo nan batri nan tèt li. Sepandan, move manyen nan pwosesis fabrikasyon an ka lakòz tou yon ogmantasyon nan pwòp tèt ou-egzeyat. Anjeneral, pousantaj pwòp tèt ou-egzeyat la double pou chak ogmantasyon 10 ° C nan tanperati batri. Chak mwa pwòp tèt ou-egzeyat nan ityòm-ion pil se sou 1 ~ 2%, pandan y ap chak mwa pwòp tèt ou-egzeyat nan divès kalite nikèl ki baze sou pil se 10-15%.

Figure 4. The performance of the self-discharge rate of lithium batteries at different temperatures

2. Entwodiksyon nan kalib gaz batri

2.1 Introduction to Fuel Gauge Function

Battery management can be regarded as part of power management. In battery management, the fuel gauge is responsible for estimating battery capacity. Its basic function is to monitor the voltage, charge/discharge current and battery temperature, and estimate the battery state of charge (SOC) and the battery’s full charge capacity (FCC). There are two typical methods for estimating the state of charge of a battery: the open circuit voltage method (OCV) and the coulometric method. Another method is the dynamic voltage algorithm designed by RICHTEK.

2.2 Metòd vòltaj sikwi louvri

The electricity meter using the open circuit voltage method is easier to implement, and it can be obtained by looking up the table corresponding to the state of charge of the open circuit voltage. The hypothetical condition of the open circuit voltage is the battery terminal voltage when the battery rests for about 30 minutes.

Anba chaj diferan, tanperati, ak aje batri, koub vòltaj batri a pral diferan. Se poutèt sa, yon voltmèt louvri-sikwi fiks pa ka konplètman reprezante eta a nan chaj; eta a chaj pa ka estime pa gade tab la pou kont li. Nan lòt mo, si eta a chaj estime sèlman lè w gade tab la, erè a pral gwo anpil.

Figi sa a montre ke menm vòltaj batri a anba chaj ak egzeyat, ak eta chaj yo jwenn pa metòd vòltaj sikwi louvri a trè diferan.

Figi 5. Batri vòltaj anba chaje ak dechaje

Figi ki anba a montre ke eta chaj varye anpil anba chay diferan pandan egzeyat. Se konsa, fondamantalman, metòd la vòltaj sikwi louvri se sèlman apwopriye pou sistèm ak kondisyon ki ba pou presizyon nan eta a chaj, tankou itilize nan pil plon-asid oswa ekipman pou pouvwa san enteripsyon nan otomobil.

Figi 6. Batri vòltaj anba chaj diferan pandan egzeyat

2.3 Metòd mezi Coulomb

Prensip fonksyònman metòd mezi coulomb la se konekte yon rezistans deteksyon sou chemen chaje / dechaje batri a. ADC a mezire vòltaj la sou rezistans deteksyon an epi konvèti li nan valè aktyèl la nan batri a ke yo te chaje oswa egzeyate. Kontwa an tan reyèl (RTC) bay entegrasyon an nan valè aktyèl la ak tan, konsa tankou konnen konbyen koulombs koule nan.

Figi 7. Metòd travay debaz metòd mezi Coulomb

Metòd mezi Coulomb ka byen kalkile eta an tan reyèl nan chaj pandan chaje oswa dechaje. Avèk kontwa koulonb chaj la ak kontwa koulonb egzeyat la, li ka kalkile kapasite ki rete a (RM) ak kapasite plen chaj (FCC). An menm tan an, kapasite ki rete a (RM) ak kapasite plen chaj (FCC) ka itilize tou pou kalkile eta chaj la, se sa ki (SOC = RM / FCC). Anplis de sa, li kapab tou estime tan ki rete a, tankou fatig pouvwa (TTE) ak pouvwa plen (TTF).

Figure 8. Calculation formula of Coulomb measurement method

Gen de faktè prensipal ki lakòz devyasyon nan presizyon nan metòd la mezi Coulomb. Premye a se akimilasyon nan erè konpanse nan deteksyon aktyèl ak mezi ADC. Malgre ke erè nan mezi ak teknoloji aktyèl la toujou piti, si pa gen okenn bon fason elimine li, erè a ap ogmante ak tan. Figi ki anba a montre ke nan aplikasyon pratik, si pa gen okenn koreksyon nan dire tan an, erè a akimile se san limit.

Figi 9. Erè kimilatif nan metòd mezi Coulomb

In order to eliminate the accumulated error, there are three possible useable time points in normal battery operation: end of charge (EOC), end of discharge (EOD) and rest (Relax). When the charging end condition is reached, it means that the battery is fully charged and the state of charge (SOC) should be 100%. The discharge end condition means that the battery has been completely discharged and the state of charge (SOC) should be 0%; it can be an absolute voltage value or change with the load. When it reaches the resting state, the battery is neither charged nor discharged, and it remains in this state for a long time. If the user wants to use the rest state of the battery to correct the error of the coulomb measurement method, an open-circuit voltmeter must be used at this time. The figure below shows that the state of charge error can be corrected in the above state.

Figi 10. Kondisyon pou elimine erè kimilatif metòd mezi Coulomb la

Dezyèm gwo faktè ki lakòz devyasyon nan presizyon nan metòd la mezi koulomb se erè a plen chaj kapasite (FCC), ki se diferans ki genyen ant valè a nan kapasite nan konsepsyon batri ak kapasite a vre plen chaj nan batri a. Kapasite chaj konplè (FCC) pral afekte pa tanperati, aje, chaj ak lòt faktè. Se poutèt sa, metòd la re-aprantisaj ak konpansasyon nan kapasite nan chaj plen trè enpòtan pou metòd la mezi koulomb. Figi ki anba la a montre fenomèn nan tandans nan eta a nan erè chaj lè kapasite nan plen chaj se surestime ak souzèstime.

Figi 11. Tandans erè a lè kapasite plen chaj la surestime ak souzèstime

2.4 Algorithm vòltaj dinamik gaz kalib

Algorithm vòltaj dinamik kalib gaz la ka kalkile eta chaj batri ityòm ki baze sèlman sou vòltaj batri a. Metòd sa a se estime ogmantasyon oswa diminisyon eta chaj ki baze sou diferans ki genyen ant vòltaj batri a ak vòltaj sikwi louvri batri a. Enfòmasyon sou vòltaj dinamik ka efektivman simulation konpòtman batri ityòm pou detèmine eta chaj SOC (%), men metòd sa a pa ka estime valè kapasite batri a (mAh).

Metòd kalkil li baze sou diferans dinamik ant vòltaj batri a ak vòltaj sikwi louvri, lè l sèvi avèk yon algorithm iteratif pou kalkile chak ogmantasyon oswa diminisyon eta chaj pou estime eta chaj la. Konpare ak solisyon an nan kalib la gaz mesure coulomb, dinamik vòltaj algorithm kalib gaz la pa pral akimile erè sou tan ak aktyèl. Koulomb mesure gaz évaluer dabitid koze pa kòrèk estimasyon de eta chaj akòz aktyèl détection erè ak batri pwòp tèt ou egzeyat. Menm si erè a deteksyon aktyèl la piti anpil, kontwa koulomb la ap kontinye akimile erè a, epi erè a akimile ka sèlman elimine lè li konplètman chaje oswa konplètman egzeyate.

Algorithm vòltaj dinamik gaz kalib estime eta chaj batri a sèlman pa enfòmasyon sou vòltaj; paske li pa estime pa enfòmasyon aktyèl la nan batri a, li pa akimile erè. Yo nan lòd yo amelyore presizyon nan eta a nan chaj, algorithm nan vòltaj dinamik bezwen sèvi ak yon aparèy aktyèl, ak ajiste paramèt yo nan yon algorithm optimize selon koub aktyèl la vòltaj batri lè li konplètman chaje ak konplètman egzeyate.

Figi 12. Pèfòmans dinamik vòltaj algorithm kalib gaz ak optimize genyen

The following is the performance of the dynamic voltage algorithm under different discharge rate conditions. It can be seen from the figure that its state of charge has good accuracy. Regardless of the discharge conditions of C/2, C/4, C/7 and C/10, the overall state of charge error of this method is less than 3%.

Figi 13. Pèfòmans eta a chaj algorithm vòltaj dinamik anba diferan kondisyon pousantaj egzeyat

Figi ki anba a montre pèfòmans eta chaj la lè batri a chaje ak kout egzeyat. Erè chaj eta a toujou piti anpil, ak erè maksimòm lan se sèlman 3%.

Figi 14. Pèfòmans eta a chaj nan algorithm vòltaj dinamik lè batri a kout-chaje ak kout-dechaje.

Konpare ak sitiyasyon an kote Coulomb mesure gaz évaluer dabitid lakòz inexacte eta chaj akòz aktyèl détection erè ak batri pwòp tèt ou egzeyat, algorithm vòltaj dinamik pa akimile erè sou tan ak aktyèl, ki se yon gwo avantaj. Paske pa gen okenn enfòmasyon sou chaj / egzeyat aktyèl la, algorithm vòltaj dinamik la gen pòv presizyon kout tèm ak tan repons dousman. Anplis de sa, li pa ka estime kapasite chaj plen. Sepandan, li fè byen an tèm de presizyon alontèm, paske vòltaj batri a pral evantyèlman dirèkteman reflete eta chaj li yo.