1. Introduction to Lithium Ion Battery

1.1 Dewleta Berpirsyar (SOC)

Rewşa barkirinê dikare wekî rewşa enerjiya elektrîkê ya berdest a di pîlê de were pênase kirin, bi gelemperî wekî ji sedî tête diyar kirin. Ji ber ku enerjiya elektrîkê ya berdest li gorî dema barkirin û dakêşanê, germahî û diyardeyên pîrbûnê diguhere, pênaseya rewşa barkirinê jî li du celeban tê dabeş kirin: Rewşa Berbiçav (ASOC) û Rewşa Xizmetkar (Dewleta Xizmet). -Berxwedan; ASOC) Dewlet-Berxwedan; RSOC). Bi gelemperî rewşa nisbî ya rêza barkirinê 0% -100% e, dema ku pîlê 100% dema ku bi tevahî tê dagirtin û 0% dema ku bi tevahî tê daxistin e. Rewşa bêkêmasî ya barkirinê nirxek referansê ye ku li gorî nirxa kapasîteya sabît a sêwirandî dema ku pîlê tê çêkirin tê hesibandin. Rewşa bêkêmasî ya barkirina bataryek nû ya bi tevahî barkirî %100 e; û tevî ku bataryayek pîr bi tevahî barkirî be jî, ew nikare di bin şert û mercên cûda yên barkirin û dakêşanê de bigihîje %100.

Nîgara jêrîn têkiliya di navbera voltaj û kapasîteya batterê de di rêjeyên cûda yên dakêşanê de nîşan dide. Rêjeya dakêşanê çiqas bilind be, kapasîteya batterê jî kêm dibe. Dema ku germahî kêm be, kapasîteya pîlê jî kêm dibe.

1.

Têkiliya di navbera voltaj û kapasîteyê de di rêjeyên dakêşanê û germên cûda de

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 Bi tevahî barkirin

Dema ku cûdahiya di navbera voltaja batterê û voltaja barkirinê ya herî bilind de ji 100mV kêmtir be, û heyama barkirinê dakeve C/10, baterî dikare wekî bi tevahî barkirî were hesibandin. Taybetmendiyên pîlê cûda ne, û şertên barkirina tevahî jî cûda ne.

Nîgara jêrîn xêzek taybetmendiya şarjkirina batarya lîtiumê ya tîpîk nîşan dide. Dema ku voltaja pîlê bi voltaja barkirinê ya herî bilind re wekhev be û tîra barkirinê dakeve C/10, pîlê bi tevahî barkirî tê hesibandin.

Xiflteya 2. Kûçika taybetmendiya şarjkirina batarya lîtiumê

1.4 Mini Daxistina Voltaja

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 Bi tevahî Daxistin

Dema ku voltaja pîlê ji voltaja dakêşanê ya herî kêm kêm an wekhev be, dikare jê re bêkêmasî bê gotin.

1.6 Rêjeya barkirin û dakêşanê (C-Rate)

Rêjeya barkirin-dakêşandinê li gorî kapasîteya pîlê diyardeyek e ku heyama barkirin-dakêşandinê ye. Mînakî, heke 1C ji bo yek demjimêrek dakêşanê were bikar anîn, bi îdeal, dê pîlê bi tevahî were dakêşandin. Rêjeyên barkirin û dakêşanê yên cûda dê di kapasîteya karanîna cûda de encam bidin. Bi gelemperî, rêjeya barkirinê-dakêşandinê mezintir, kapasîteya berdest ew qas piçûktir dibe.

1.7 Jiyana cycle

Hejmara dewran çend caran e ku pîlê bi tevahî barkirin û dakêşandin derbas bûye, ku dikare ji kapasîteya dakêşanê ya rastîn û kapasîteya sêwiranê were texmîn kirin. Dema ku kapasîteya dakêşanê ya berhevkirî bi kapasîteya sêwiranê re wekhev be, hejmara dewreyan yek e. Bi gelemperî piştî 500 çerxên barkirin-dakêşandinê, kapasîteya bataryayek bi tevahî barkirî %10-20% dadikeve.

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

1.8 Xwe-derxistina

Her ku germahî zêde dibe xwe-dakêşana hemî pîlê zêde dibe. Xwe-derxistin bi bingehîn ne kêmasiyek çêkirinê ye, lê taybetmendiyên pîlê bixwe ye. Lêbelê, di pêvajoya çêkirinê de destwerdana nerast jî dikare bibe sedema zêdebûna xwe-vekêşandinê. Bi gelemperî, rêjeya xwe-dakêşandinê ji bo her 10 °C zêdekirina germahiya pîlê du qat dibe. Xwe-dakêşana mehane ya bataryayên lîtium-ion bi qasî 1 ~ 2%, dema ku xwe-dakêşana mehane ya bataryayên cihêreng ên nîkelê 10-15%.

Xiflteya 4. Performansa rêjeya xweseriya bataryayên lîtiumê di germên cûda de

2. Danasîn ji bo Battery Fuel Gauge

2.1 Danasîna Fonksiyona Gauge Fuel

Rêvebiriya pîlê dikare wekî beşek rêveberiya hêzê were hesibandin. Di rêveberiya pîlê de, pîvana sotemeniyê berpirsiyar e ku kapasîteya bataryayê texmîn bike. Fonksiyona wê ya bingehîn çavdêrîkirina voltajê, barkirin / dakêşana niha û germahiya pîlê ye, û texmînkirina rewşa barkirinê (SOC) û kapasîteya barkirina tevahî ya pîlê (FCC). Ji bo texmînkirina rewşa barkirina pîlê du awayên tîpîk hene: rêbaza voltaja dorhêla vekirî (OCV) û rêbaza kulometrîk. Rêbazek din algorîtmaya voltaja dînamîkî ye ku ji hêla RICHTEK ve hatî çêkirin.

2.2 Rêbaza voltaja dora vekirî

Metreya elektrîkê bi karanîna rêbaza voltaja dorhêla vekirî hêsantir e ku were bicîh kirin, û ew dikare bi lênihêrîna tabloya ku li gorî rewşa barkirinê ya voltaja dorhêla vekirî tête peyda kirin. Rewşa hîpotetîk a voltaja dorhêla vekirî voltaja termînalê ya pîlê ye dema ku pîlê bi qasî 30 hûrdem radiweste.

Di bin barkirin, germahî, û pîrbûna baterî de cûda, kêşeya voltaja pîlê dê cûda be. Ji ber vê yekê, voltmeterek dorhêla vekirî ya sabît nikare bi tevahî rewşa barkirinê temsîl bike; tenê bi lênihêrîna tabloyê rewşa barkirinê nayê texmîn kirin. Bi gotineke din, heke rewşa barkirinê tenê bi lênihêrîna tabloyê were texmîn kirin, xeletî dê pir mezin be.

Nîgara jêrîn nîşan dide ku heman voltaja pîlê di bin barkirin û dakêşanê de ye, û rewşa barkirinê ya ku bi rêbaza voltaja dorhêla vekirî tê dîtin pir cûda ye.

Wêne 5. Voltaja pîlê di bin barkirin û dakêşandinê de

Nîgara jêrîn nîşan dide ku rewşa barkirinê di dema dakêşanê de di bin barên cûda de pir diguhere. Ji ber vê yekê di bingeh de, rêbaza voltaja dorhêla vekirî tenê ji bo pergalên bi hewcedariyên kêm ji bo rastbûna rewşa barkirinê maqûl e, wek mînak bikaranîna bataryayên asîdê an dabînkirina hêzê ya bênavber di otomobîlan de.

Xiflteya 6. Voltaja pîlê di bin barên cûda de di dema dakêşanê de

2.3 Rêbaza pîvandina Coulomb

Prensîba xebitandinê ya rêbaza pîvandina coulomb ev e ku meriv berxwedanek tespîtkirinê li ser riya barkirin / dakêşana pîlê ve girêbide. ADC voltaja li ser berxwedêra tespîtê dipîve û wê vediguherîne nirxa heyî ya pîlê ku tê barkirin an jêbirin. Berhevkarê dema rast (RTC) entegrasyona nirxa heyî bi demê re peyda dike, da ku zanibe çend kulm diherike.

Wêne 7. Rêbaza xebatê ya bingehîn ya rêbaza pîvana Coulomb

Rêbaza pîvandinê ya Coulomb dikare di dema barkirin an dakêşandinê de rewşa barkirinê ya rast-ê rast hesab bike. Bi jimareya kulombê ya barkirinê û jimareya kulombê ya dakêşanê, ew dikare kapasîteya mayî (RM) û kapasîteya barkirinê ya tevahî (FCC) hesab bike. Di heman demê de, kapasîteya mayî (RM) û kapasîteya barkirinê ya tevahî (FCC) jî dikare were bikar anîn da ku rewşa barkirinê hesab bike, ango (SOC = RM / FCC). Wekî din, ew dikare dema mayî jî texmîn bike, wek westandina hêzê (TTE) û hêza tevahî (TTF).

Figure 8. Calculation formula of Coulomb measurement method

Du faktorên sereke hene ku di rastbûna rêbaza pîvandina Coulomb de dibe sedema devjêberdanê. Ya yekem komkirina xeletiyên guheztinê yên di hîskirina heyî û pîvandina ADC de ye. Her çend xeletiya pîvandinê ya bi teknolojiya heyî re hîn piçûk be jî, ger rêyek baş a jêbirina wê tune be, dê xeletî bi demê re zêde bibe. Nîgara jêrîn nîşan dide ku di sepanên pratîkî de, heke di dema wextê de rastkirin tune be, xeletiya berhevkirî bêsînor e.

Xiflteya 9. Çewtiya kombûyî ya rêbaza pîvandina 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.

Figure 10. Mercên ji bo rakirina xeletiya kombûyî ya rêbaza pîvandinê ya Coulomb

Faktora duyemîn a girîng a ku dibe sedema veqetandina rastbûna rêbaza pîvandina kulombê xeletiya kapasîteya barkirina tam (FCC) ye, ku cûdahiya di navbera nirxa kapasîteya sêwirana batterê û kapasîteya barkirina tevahî ya rastîn a pîlê de ye. Kapasîteya barkirina tevahî (FCC) dê ji hêla germahî, pîrbûn, barkirin û faktorên din ve were bandor kirin. Ji ber vê yekê, ji nû ve fêrbûn û rêbaza tezmînatê ya kapasîteya barkirinê ya tevahî ji bo rêbaza pîvandina coulomb pir girîng e. Nîgara jêrîn diyardeya trendê ya xeletiya rewşa barkirinê destnîşan dike dema ku kapasîteya barkirinê ya tevahî zêde û kêm were hesibandin.

Xiflteya 11. Meyla xeletiyê dema ku kapasîteya barkirina tam zêde tê texmîn kirin û kêm kirin

2.4 Pîvana sotemeniyê ya algorîtmaya voltaja dînamîkî

Pîvana sotemeniyê ya algorîtmaya voltaja dînamîkî dikare rewşa barkirina pîlê lîtiumê tenê li ser bingeha voltaja pîlê hesab bike. Ev rêbaz ew e ku zêdebûn an kêmbûna rewşa barkirinê li ser bingeha cûdahiya di navbera voltaja pîlê û voltaja dorhêla vekirî ya pîlê de texmîn bike. Agahdariya voltaja dînamîkî dikare bi bandor behreya pîlê lîtiumê simul bike da ku rewşa barkirina SOC (%) diyar bike, lê ev rêbaz nikare nirxa kapasîteya batterê (mAh) texmîn bike.

Rêbaza hesabkirina wê li ser bingeha cûdahiya dînamîkî ya di navbera voltaja pîlê û voltaja dorhêla vekirî de ye, bi karanîna algorîtmayek dubarekirî ji bo hesabkirina her zêdebûn an kêmbûna rewşa barkirinê ji bo texmînkirina rewşa barkirinê. Li gorî çareseriya pîvana sotemeniyê ya pîvandina kulombê, pîvana sotemeniyê ya algorîtmaya voltaja dînamîkî dê di nav dem û niha de xeletiyan kom neke. Pîvanên sotemeniyê yên pîvandina Coulomb bi gelemperî ji ber xeletiyên hestiyariyê yên heyî û xwe-derxistina bataryayê dibe sedema texmîna nerast a rewşa barkirinê. Her çend xeletiya hestiyariyê ya heyî pir piçûk be jî, jimarvana kulm dê berdewamiya berhevkirina xeletiyê bidomîne, û xeletiya berhevkirî tenê dema ku bi tevahî were barkirin an bi tevahî were derxistin dikare were rakirin.

Algorîtmaya voltaja dînamîk pîvana sotemeniyê rewşa barkirina pîlê tenê bi agahdariya voltê texmîn dike; ji ber ku ew ji hêla agahdariya heyî ya pîlê ve nayê texmîn kirin, ew xeletiyan berhev nake. Ji bo ku rastbûna rewşa barkirinê baştir bibe, algorîtmaya voltaja dînamîkî pêdivî ye ku amûrek rastîn bikar bîne, û dema ku ew bi tevahî barkirin û bi tevahî vekêşandî ye, pîvanên algorîtmayek xweşbînkirî li gorî tîrêjê voltaja baterî ya rastîn rast bike.

Figure 12. Performansa algorîtmaya voltaja dînamîk pîvana sotemeniyê û xweşbîniya qezencê

Ya jêrîn performansa algorîtmaya voltaja dînamîkî di bin şert û mercên cûda yên rêjeya dakêşanê de ye. Ji jimarê tê dîtin ku rewşa wê ya barkirinê rastiyek baş heye. Tevî şert û mercên dakêşanê yên C/2, C/4, C/7 û C/10, xeletiya giştî ya barkirinê ya vê rêbazê ji %3 kêmtir e.

Figure 13. Performansa rewşa barkirinê ya algorîtmaya voltaja dînamîkî di bin şert û mercên cûda yên rêjeya dakêşanê de

Nîgara jêrîn performansa rewşa barkirinê nîşan dide dema ku pîlê kurt-şarjkirin û kurt-dakêşandin. Rewşa xeletiya barkirinê hîn jî pir piçûk e, û xeletiya herî zêde tenê 3% e.

Xiflteya 14. Performansa rewşa barkirinê ya algorîtmaya voltaja dînamîk dema ku pîlê kurt-şarj û kin be.

Li gorî rewşa ku pîvana sotemeniya pîvandinê ya Coulomb bi gelemperî ji ber xeletiyên hestiyariya heyî û xwe-derxistina batterê dibe sedema rewşa nerast a barkirinê, algorîtmaya voltaja dînamîkî di nav dem û niha de xeletiyan kom nake, ku ev avantajek mezin e. Ji ber ku di derheqê barkêş / dakêşanê de agahdarî tune, algorîtmaya voltaja dînamîk xwedan rastbûna kurt-kurt û dema bersiva hêdî ye. Wekî din, ew nikare kapasîteya barkirinê ya tevahî texmîn bike. Lêbelê, ew di warê rastbûna demdirêj de baş tevdigere, ji ber ku voltaja pîlê dê di dawiyê de rasterast rewşa xweya barkirinê nîşan bide.