1. Introduction to Lithium Ion Battery

1.1 د ریاست چارج (SOC)

د چارج حالت په بیټرۍ کې د موجود بریښنایی انرژي حالت په توګه تعریف کیدی شي ، معمولا د فیصدي په توګه څرګندیږي. ځکه چې شته بریښنایی انرژي د چارج او خارج کیدو اوسني ، تودوخې او عمر لرونکي پیښې سره توپیر لري ، د چارج حالت تعریف هم په دوه ډوله ویشل شوی: مطلق د چارج حالت (ASOC) او د چارج اړوند حالت (متعلق حالت) -د چارج؛ ASOC) ریاست-د-چارج؛ RSOC). په نورمال ډول د چارج سلسله نسبتي حالت 0%-100% دی، پداسې حال کې چې بیټرۍ 100٪ ده کله چې په بشپړ ډول چارج شي او 0٪ کله چې په بشپړ ډول چارج شي. د چارج مطلق حالت د حوالې ارزښت دی چې د ډیزاین شوي ټاکل شوي ظرفیت ارزښت سره سم محاسبه کیږي کله چې بیټرۍ تولیدیږي. د نوي بشپړ چارج شوي بیټرۍ د چارج مطلق حالت 100٪ دی؛ او حتی که یو زوړ بیټرۍ په بشپړ ډول چارج شي، دا د مختلف چارج کولو او خارج کیدو شرایطو لاندې 100٪ ته نشي رسیدلی.

لاندې شکل د مختلف خارجیدو نرخونو کې د ولټاژ او بیټرۍ ظرفیت ترمینځ اړیکه ښیې. هرڅومره چې د خارجیدو کچه لوړه وي ، د بیټرۍ ظرفیت ټیټ وي. کله چې تودوخه ټیټه وي، د بیټرۍ ظرفیت به هم کم شي.

انځور 1.

د مختلف خارجیدو نرخونو او تودوخې کې د ولتاژ او ظرفیت ترمینځ اړیکه

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 په بشپړه توګه چارج شوی

کله چې د بیټرۍ ولتاژ او لوړ چارج ولتاژ تر منځ توپیر له 100mV څخه کم وي، او د چارج جریان C/10 ته راښکته شي، بیټرۍ د بشپړ چارج په توګه ګڼل کیدی شي. د بیټرۍ ځانګړتیاوې مختلف دي، او د بشپړ چارج شرایط هم توپیر لري.

لاندې شکل د لیتیم بیټرۍ چارج کولو ځانګړتیا وکر ښیې. کله چې د بیټرۍ ولتاژ د لوړ چارج کولو ولتاژ سره مساوي وي او د چارج جریان C/10 ته راټیټ شي، بیټرۍ په بشپړه توګه چارج شوې ګڼل کیږي.

شکل 2. د لیتیم بیټرۍ چارج کولو ځانګړتیا وکر

1.4 د منی خارجولو ولتاژ

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 په بشپړه توګه خارج کول

کله چې د بیټرۍ ولتاژ د لږترلږه خارج شوي ولتاژ څخه کم یا مساوي وي، دا د بشپړ خارج کیدو په نوم یادیږي.

1.6 د چارج او خارجیدو نرخ (C-Rate)

د چارج – خارج کیدو نرخ د بیټرۍ ظرفیت سره د اوسني چارج – خارج کیدو څرګندونه ده. د مثال په توګه، که 1C د یو ساعت لپاره د خارجولو لپاره وکارول شي، په مثالي توګه، بیټرۍ به په بشپړه توګه خارج شي. د مختلف چارج او خارج کیدو نرخونه به د مختلف کارولو وړ ظرفیت پایله ولري. په عموم ډول، د چارج د اخراج کچه لوړه ده، د شتون وړ ظرفیت کوچنی دی.

1.7 سایکل ژوند

د سایکلونو شمیر هغه شمیر دی چې د بیټرۍ بشپړ چارج او خارج کیدو څخه تیریږي ، کوم چې د ریښتیني خارج کیدو ظرفیت او ډیزاین ظرفیت څخه اټکل کیدی شي. هرکله چې د جمع شوي خارج کولو ظرفیت د ډیزاین ظرفیت سره مساوي وي، د دورې شمیر یو ځل دی. معمولا د 500 چارج ډیسچارج دورې وروسته ، د بشپړ چارج شوي بیټرۍ ظرفیت 10٪ ~ 20٪ راټیټیږي.

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

1.8 د ځان خلاصول

د ټولو بیټریو ځان خلاصول د تودوخې لوړیدو سره ډیریږي. د ځان خلاصول اساسا د تولید نیمګړتیا نه ده ، مګر پخپله د بیټرۍ ځانګړتیاوې. په هرصورت، د تولید په پروسه کې ناسم اداره کول هم کولی شي د ځان سوځولو زیاتوالي لامل شي. عموما، د بیټرۍ تودوخې کې د هر 10 ° C زیاتوالي لپاره د ځان خارجولو کچه دوه چنده کیږي. د لیتیم آیون بیټرۍ میاشتنی ځان خلاصول شاوخوا 1 ~ 2٪ دي ، پداسې حال کې چې د نکل پراساس د مختلف بیټریو میاشتنۍ ځان خلاصول 10-15٪ دی.

شکل 4. په مختلف تودوخې کې د لیتیم بیټرۍ د ځان خارجولو نرخ فعالیت

2. د بیټرۍ د تیلو ګیج پیژندنه

2.1 د تیلو ګیج فعالیت پیژندنه

د بیټرۍ مدیریت د بریښنا مدیریت برخه ګڼل کیدی شي. د بیټرۍ مدیریت کې، د تیلو ګیج د بیټرۍ ظرفیت اټکل کولو مسولیت لري. د دې اساسی دنده د ولتاژ څارنه ده، د چارج / خارج کولو اوسني او د بیټرۍ تودوخې، او د بیټرۍ د چارج حالت (SOC) او د بیټرۍ بشپړ چارج ظرفیت (FCC) اټکل کول. د بیټرۍ د چارج حالت اټکل کولو لپاره دوه ځانګړي میتودونه شتون لري: د خلاص سرکټ ولټاژ میتود (OCV) او کولومیتریک میتود. بله میتود د RICHTEK لخوا ډیزاین شوی متحرک ولتاژ الګوریتم دی.

2.2 د خلاص سرکټ ولتاژ میتود

د بریښنا میټر د خلاص سرکټ ولټاژ میتود په کارولو سره پلي کول اسانه دي ، او دا د خلاص سرکټ ولټاژ د چارج حالت سره مطابقت لرونکي میز ته په کتلو سره ترلاسه کیدی شي. د خلاص سرکټ ولتاژ فرضي حالت د بیټرۍ ترمینل ولتاژ دی کله چې بیټرۍ شاوخوا 30 دقیقو لپاره آرام کوي.

د مختلف بار ، تودوخې او د بیټرۍ عمر لاندې ، د بیټرۍ ولتاژ وکر به توپیر ولري. نو ځکه، یو ثابت خلاص سرکیټ ولټمیټر نشي کولی په بشپړ ډول د چارج حالت استازیتوب وکړي؛ د چارج حالت یوازې د میز په کتلو سره اټکل کیدی نشي. په بل عبارت، که چیرې د چارج حالت یوازې د میز په کتلو سره اټکل شي، تېروتنه به ډیره لویه وي.

لاندې ارقام ښیې چې د ورته بیټرۍ ولتاژ د چارج او خارج کیدو لاندې دی ، او د چارج حالت د خلاص سرکټ ولټاژ میتود لخوا موندل شوی خورا توپیر لري.

شکل 5. د بیټرۍ ولتاژ د چارج کولو او خارج کیدو لاندې

لاندې ارقام ښیې چې د چارج حالت د خارج کیدو پرمهال د مختلف بارونو لاندې خورا توپیر لري. نو اساسا ، د خلاص سرکټ ولټاژ میتود یوازې د سیسټمونو لپاره مناسب دی چې د چارج حالت دقت لپاره ټیټ اړتیاوې لري ، لکه د لیډ اسید بیټرۍ کارول یا په موټرو کې د نه وقفې وړ بریښنا رسولو کارول.

شکل 6. د بیټرۍ ولتاژ د مختلف بارونو لاندې د خارجیدو پرمهال

2.3 د کولمب اندازه کولو طریقه

د کولمب اندازه کولو میتود عملیاتي اصول د بیټرۍ د چارج کولو / خارج کیدو لارې کې د کشف مقاومت سره وصل کول دي. ADC د کشف مقاومت کونکي ولټاژ اندازه کوي او دا د بیټرۍ اوسني ارزښت ته بدلوي چې چارج یا خارج کیږي. د ریښتیني وخت کاونټر (RTC) د وخت سره د اوسني ارزښت ادغام چمتو کوي ، ترڅو پوه شي چې څومره کولمبونه تیریږي.

شکل 7. د کولمب د اندازه کولو میتود بنسټیز کاري میتود

د کولمب اندازه کولو میتود کولی شي د چارج کولو یا خارج کیدو پرمهال د ریښتیني وخت چارج حالت په دقیق ډول محاسبه کړي. د چارج کولومب کاونټر او د خارج کولو کولمب کاونټر سره ، دا کولی شي پاتې ظرفیت (RM) او د بشپړ چارج ظرفیت (FCC) محاسبه کړي. په ورته وخت کې، پاتې ظرفیت (RM) او د بشپړ چارج ظرفیت (FCC) هم د چارج حالت محاسبه کولو لپاره کارول کیدی شي، دا (SOC = RM / FCC). برسېره پر دې، دا د پاتې وخت اټکل هم کولی شي، لکه د بریښنا ختمول (TTE) او بشپړ بریښنا (TTF).

Figure 8. Calculation formula of Coulomb measurement method

دوه اصلي عوامل شتون لري چې د کولمب د اندازه کولو میتود په دقت کې د انحراف لامل کیږي. لومړی د اوسني سینسنګ او ADC اندازه کولو کې د آفسیټ غلطیو راټولول دي. که څه هم د اوسني ټیکنالوژۍ سره د اندازه کولو تېروتنه لاهم کوچنۍ ده، که چیرې د دې له منځه وړلو لپاره ښه لاره شتون ونلري، نو تېروتنه به د وخت په تیریدو سره زیاته شي. لاندې شمیره ښیې چې په عملي غوښتنلیکونو کې ، که چیرې د وخت په اوږدو کې سمون شتون ونلري ، جمع شوې خطا لامحدود ده.

شکل 9. د کولمب اندازه کولو میتود مجموعي تېروتنه

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.

شکل 10. د کولمب د اندازه کولو میتود د مجموعي غلطۍ له مینځه وړو لپاره شرایط

دوهم لوی فاکتور چې د کولمب اندازه کولو میتود دقت انحراف لامل کیږي د بشپړ چارج ظرفیت (FCC) تېروتنه ده ، کوم چې د بیټرۍ ډیزاین ظرفیت ارزښت او د بیټرۍ ریښتیني بشپړ چارج ظرفیت ترمینځ توپیر دی. د بشپړ چارج ظرفیت (FCC) به د تودوخې، عمر، بار او نورو فکتورونو لخوا اغیزمن شي. له همدې امله، د بشپړ چارج ظرفیت د بیا زده کړې او خسارې میتود د کولمب اندازه کولو میتود لپاره خورا مهم دی. لاندې ارقام د چارج غلطی حالت رجحان رجحان ښیې کله چې د بشپړ چارج ظرفیت ډیر اټکل شوی او کم اټکل شوی وي.

شکل 11. د غلطۍ رجحان کله چې د بشپړ چارج ظرفیت ډیر اټکل شوی او کم اټکل شوی وي

2.4 متحرک ولتاژ الګوریتم د تیلو ګیج

د متحرک ولتاژ الګوریتم د تیلو ګیج کولی شي د لیتیم بیټرۍ چارج حالت محاسبه کړي یوازې د بیټرۍ ولتاژ پراساس. دا میتود د بیټرۍ ولټاژ او د بیټرۍ خلاص سرکټ ولټاژ ترمینځ د توپیر پراساس د چارج حالت زیاتوالی یا کمولو اټکل کول دي. د متحرک ولتاژ معلومات کولی شي په مؤثره توګه د لیتیم بیټرۍ چلند سم کړي ترڅو د چارج حالت SOC (%) مشخص کړي ، مګر دا میتود نشي کولی د بیټرۍ ظرفیت ارزښت (mAh) اټکل کړي.

د دې محاسبې میتود د بیټرۍ ولټاژ او خلاص سرکټ ولټاژ ترمینځ متحرک توپیر پراساس دی ، د تکراري الګوریتم په کارولو سره د چارج حالت اټکل کولو لپاره د چارج حالت هر زیاتوالی یا کمښت محاسبه کوي. د کولمب میټر کولو تیلو ګیج حل سره پرتله کول ، متحرک ولتاژ الګوریتم د تیلو ګیج به د وخت او اوسني په اوږدو کې غلطۍ راټولې نکړي. د کولمب میټر کولو تیلو ګیجونه معمولا د اوسني حس کولو غلطیو او د بیټرۍ د ځان خارج کیدو له امله د چارج حالت غلط اټکل لامل کیږي. حتی که د سینس کولو اوسنی تېروتنه خورا کوچنۍ وي، د کولمب کاونټر به د تېروتنې راټولولو ته دوام ورکړي، او جمع شوې تېروتنه یوازې هغه وخت له منځه وړل کیدی شي کله چې دا په بشپړ ډول چارج یا په بشپړه توګه خارج شي.

د متحرک ولتاژ الګوریتم د تیلو ګیج یوازې د ولتاژ معلوماتو په واسطه د بیټرۍ چارج حالت اټکل کوي؛ ځکه چې دا د بیټرۍ اوسني معلوماتو لخوا نه اټکل کیږي، دا غلطۍ نه راټولوي. د چارج حالت د دقت د ښه کولو لپاره، متحرک ولتاژ الګوریتم ته اړتیا لري چې یو حقیقي وسیله وکاروي، او د مطلوب الګوریتم پیرامیټونه د حقیقي بیټرۍ ولتاژ وکر سره سم تنظیم کړي کله چې دا په بشپړ ډول چارج او په بشپړه توګه خارج شي.

شکل 12. د متحرک ولتاژ الګوریتم د تیلو ګیج فعالیت او د اصلاح کولو لاسته راوړنه

لاندې د مختلف خارج کیدو نرخ شرایطو لاندې د متحرک ولتاژ الګوریتم فعالیت دی. دا د ارقامو څخه لیدل کیدی شي چې د دې چارج حالت ښه دقت لري. د C/2، C/4، C/7 او C/10 د خارجیدو شرایطو ته په پام سره، د دې طریقې د چارج غلطی ټولیز حالت له 3٪ څخه کم دی.

شکل 13. د مختلف خارجیدو نرخ شرایطو لاندې د متحرک ولتاژ الګوریتم د چارج حالت فعالیت

لاندې شکل د چارج حالت فعالیت ښیې کله چې بیټرۍ لنډ چارج کیږي او لنډ ډیسچارج کیږي. د چارج غلطی حالت لاهم خورا کوچنی دی ، او اعظمي خطا یوازې 3٪ ده.

شکل 14. د متحرک ولتاژ الګوریتم د چارج حالت فعالیت کله چې بیټرۍ لنډ چارج کیږي او لنډ ډیسچارج کیږي

د هغه وضعیت په پرتله چیرې چې د کولمب میټر کولو تیلو ګیج معمولا د اوسني سینس کولو غلطیو او د بیټرۍ پخپله خارج کیدو له امله د چارج ناسم حالت رامینځته کوي ، متحرک ولتاژ الګوریتم د وخت او اوسني سره غلطۍ نه راټولوي ، کوم چې لویه ګټه ده. ځکه چې د چارج / خارج کیدو جریان په اړه هیڅ معلومات شتون نلري، د متحرک ولتاژ الګوریتم کمزوری لنډمهاله دقت او ورو غبرګون وخت لري. سربیره پردې، دا نشي کولی د بشپړ چارج ظرفیت اټکل وکړي. په هرصورت، دا د اوږدې مودې دقت په شرایطو کې ښه فعالیت کوي، ځکه چې د بیټرۍ ولتاژ به بالاخره مستقیم د دې چارج حالت منعکس کړي.