1. Introduction to Lithium Ion Battery

1.1 اسٽيٽ آف چارج (SOC)

چارج جي حالت کي بيٽري ۾ موجود برقي توانائي جي حالت طور بيان ڪري سگهجي ٿو، عام طور تي هڪ سيڪڙو طور ظاهر ڪيو ويو آهي. ڇاڪاڻ ته موجود برقي توانائي چارج ۽ ڊسچارج ڪرنٽ، گرمي پد، ۽ عمر جي رجحان سان مختلف ٿي سگهي ٿي، ان ڪري چارج جي حالت جي وصف به ٻن قسمن ۾ ورهايل آهي: Absolute State-of-charge (ASOC) ۽ Relative State-of-charge (Relative State) -آف-چارج؛ ASOC) اسٽيٽ-آف-چارج؛ RSOC). عام طور تي چارج رينج جي لاڳاپي واري حالت 0٪ -100٪ آهي، جڏهن ته بيٽري 100٪ آهي جڏهن مڪمل طور تي چارج ڪيو وڃي ۽ 0٪ مڪمل طور تي ختم ٿيڻ تي. چارج جي مطلق حالت هڪ ريفرنس ويليو آهي جنهن جي حساب سان ٺهيل مقرر ڪيل ظرفيت جي قيمت مطابق بيٽري ٺاهي ويندي آهي. نئين مڪمل چارج ٿيل بيٽري جي چارج جي مطلق حالت 100٪ آهي؛ ۽ جيتوڻيڪ هڪ عمر جي بيٽري مڪمل طور تي چارج ٿيل آهي، اها مختلف چارجنگ ۽ خارج ٿيڻ واري حالتن ۾ 100٪ تائين پهچي نه ٿي سگهي.

هيٺ ڏنل انگ اکر ڏيکاري ٿو وولٹیج ۽ بيٽري جي گنجائش جي وچ ۾ تعلق مختلف خارج ٿيڻ جي شرحن تي. اعلي خارج ٿيڻ جي شرح، گهٽ بيٽري جي گنجائش. جڏهن گرمي پد گهٽ آهي، بيٽري جي گنجائش به گهٽجي ويندي.

شڪل 1.

وولٹیج ۽ گنجائش جي وچ ۾ تعلق مختلف خارج ٿيڻ جي شرح ۽ درجه حرارت تي

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 مڪمل چارج ٿيل

جڏهن بيٽري جي وولٽيج ۽ سڀ کان وڌيڪ چارج ڪرڻ واري وولٽيج جي وچ ۾ فرق 100mV کان گهٽ آهي، ۽ موجوده چارج C/10 تائين گهٽجي وڃي ٿي، بيٽري کي مڪمل طور تي چارج ڪري سگهجي ٿو. بيٽري جون خاصيتون مختلف آهن، ۽ مڪمل چارج حالتون پڻ مختلف آهن.

هيٺ ڏنل شڪل ڏيکاري ٿو هڪ عام ليتيم بيٽري چارج ڪرڻ واري خصوصيت وکر. جڏهن بيٽري جي وولٽيج سڀ کان وڌيڪ چارج ڪرڻ واري وولٽيج جي برابر آهي ۽ موجوده چارج C/10 تائين گهٽجي وڃي ٿي، بيٽري مڪمل طور تي چارج ٿيل سمجهي ويندي آهي.

شڪل 2. ليتيم بيٽري چارج ڪرڻ واري خصوصيت وارو وکر

1.4 ميني ڊسچارج وولٽيج

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 مڪمل طور تي خارج ٿيڻ

جڏهن بيٽري جو وولٽيج گهٽ ۾ گهٽ ڊسچارج وولٽيج کان گهٽ يا برابر هجي، ان کي مڪمل ڊسچارج چئي سگهجي ٿو.

1.6 چارج ۽ خارج ٿيڻ جي شرح (C-ريٽ)

چارج-ڊسچارج جي شرح بيٽري جي گنجائش سان لاڳاپو چارج-ڊسچارج موجوده جو اظهار آهي. مثال طور، جيڪڏهن 1C هڪ ڪلاڪ لاء ڊسچارج ڪرڻ لاء استعمال ڪيو وڃي، مثالي طور تي، بيٽري مڪمل طور تي خارج ٿي ويندي. مختلف چارج ۽ ڊسچارج جي شرحن جي نتيجي ۾ مختلف استعمال جي قابل ظرفيت ٿيندي. عام طور تي، وڌيڪ چارج-ڊسچارج جي شرح، ننڍڙو موجود گنجائش.

1.7 سائيڪل زندگي

سائيڪلن جو تعداد هڪ بيٽري جي مڪمل چارجنگ ۽ ڊسچارج ٿيڻ جي وقت جو تعداد آهي، جنهن جو اندازو حقيقي خارج ٿيڻ جي صلاحيت ۽ ڊيزائن جي گنجائش مان لڳائي سگهجي ٿو. جڏهن ته جمع ٿيل خارج ٿيڻ جي گنجائش ڊيزائن جي گنجائش جي برابر آهي، چڪر جو تعداد هڪ ڀيرو آهي. عام طور تي 500 چارج-ڊسچارج چڪر کان پوء، مڪمل طور تي چارج ٿيل بيٽري جي گنجائش 10٪ ~ 20٪ گھٽجي ٿي.

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

1.8 پاڻ کي ختم ڪرڻ

سڀني بيٽرين جو خود ڊسچارج وڌندو آهي جيئن درجه حرارت وڌي ٿو. خود ڊسچارج بنيادي طور تي پيداوار جي خرابي نه آهي، پر خود بيٽري جون خاصيتون. جڏهن ته، پيداوار جي عمل ۾ غلط هٿ ڪرڻ پڻ خود خارج ٿيڻ ۾ اضافو ٿي سگهي ٿو. عام طور تي، بيٽري جي گرمي پد ۾ هر 10 ° C جي واڌ لاءِ خود خارج ٿيڻ جي شرح ٻيڻي ٿي ويندي آهي. ليٿيم آئن بيٽرين جو ماهوار خود ڊسچارج اٽڪل 1 ~ 2٪ آهي، جڏهن ته مختلف نڪل بيڊ بيٽرين جو ماهوار سيلف ڊسچارج 10-15٪ آهي.

شڪل 4. مختلف درجه حرارت تي ليتيم بيٽرين جي خود ڊسچارج جي شرح جي ڪارڪردگي

2. بيٽري فيول گيج جو تعارف

2.1 فيول گيج فنڪشن جو تعارف

بيٽري جو انتظام طاقت جي انتظام جو حصو سمجهي سگهجي ٿو. بيٽري جي انتظام ۾، ٻارڻ گيج بيٽري جي گنجائش جو اندازو لڳائڻ لاء ذميوار آهي. ان جو بنيادي ڪم وولٹیج، چارج/ڊسچارج ڪرنٽ ۽ بيٽري جي گرمي پد کي مانيٽر ڪرڻ ۽ بيٽري جي اسٽيٽ آف چارج (SOC) ۽ بيٽري جي مڪمل چارج ظرفيت (FCC) جو اندازو لڳائڻ آهي. بيٽري جي چارج جي حالت جو اندازو لڳائڻ لاء ٻه عام طريقا آهن: اوپن سرڪٽ وولٹیج طريقو (OCV) ۽ ڪولوميٽري طريقو. ٻيو طريقو RICHTEK پاران ٺهيل متحرڪ وولٹیج الگورٿم آهي.

2.2 اوپن سرڪٽ وولٹیج جو طريقو

اوپن سرڪٽ وولٹیج جو طريقو استعمال ڪندي بجلي جو ميٽر لاڳو ڪرڻ آسان آهي، ۽ اهو حاصل ڪري سگهجي ٿو ٽيبل کي ڏسڻ سان جيڪو اوپن سرڪٽ وولٽيج جي چارج جي حالت سان لاڳاپيل آهي. اوپن سرڪٽ وولٹیج جي فرضي حالت بيٽري ٽرمينل وولٽيج آهي جڏهن بيٽري تقريباً 30 منٽن تائين رهي ٿي.

مختلف لوڊ، درجه حرارت، ۽ بيٽري جي عمر جي تحت، بيٽري جي وولٹیج وکر مختلف ٿي ويندي. تنهن ڪري، هڪ مقرر ٿيل اوپن سرڪٽ وولٽميٽر مڪمل طور تي چارج جي حالت جي نمائندگي نٿو ڪري سگهي. انچارج جي حالت جو اندازو نه ٿو لڳائي سگهجي صرف ٽيبل کي ڏسڻ سان. ٻين لفظن ۾، جيڪڏهن چارج جي حالت جو اندازو لڳايو وڃي صرف ٽيبل کي ڏسڻ سان، غلطي تمام وڏي ٿيندي.

هيٺ ڏنل انگ اکر ڏيکاري ٿو ته ساڳي بيٽري وولٽيج چارج ۽ ڊسچارج هيٺ آهي، ۽ اوپن سرڪٽ وولٽيج جي طريقي سان مليل چارج جي حالت بلڪل مختلف آهي.

شڪل 5. بيٽري وولٹیج چارج ڪرڻ ۽ خارج ڪرڻ جي تحت

هيٺ ڏنل انگ اکر ڏيکاري ٿو ته چارج جي حالت خارج ٿيڻ دوران مختلف لوڊن جي تحت تمام گهڻو مختلف آهي. تنهن ڪري بنيادي طور تي، اوپن سرڪٽ وولٹیج جو طريقو صرف سسٽم لاء مناسب آهي چارج جي حالت جي درستگي لاء گهٽ گهرجن، جهڙوڪ ليڊ ايسڊ بيٽرين جو استعمال يا گاڏين ۾ اڻ رڪاوٽ بجلي جي فراهمي.

شڪل 6. بيٽري وولٹیج مختلف لوڊن جي تحت خارج ٿيڻ دوران

2.3 کولمب ماپ جو طريقو

ڪولمب جي ماپ جي طريقي جو آپريٽنگ اصول بيٽري جي چارجنگ / ڊسچارجنگ رستي تي هڪ ڳولڻ جي مزاحمت کي ڳنڍڻ آهي. ADC معلوم ڪرڻ واري رزسٽر تي وولٽيج کي ماپ ڪري ٿو ۽ ان کي چارج يا خارج ٿيڻ واري بيٽري جي موجوده قيمت ۾ بدلائي ٿو. ريئل ٽائيم ڪائونٽر (RTC) وقت سان گڏ موجوده قدر جو انضمام مهيا ڪري ٿو، ته جيئن معلوم ٿئي ته ڪيترا ڪولمبس ذريعي وهن ٿا.

شڪل 7. بنيادي ڪم ڪرڻ جو طريقو Coulomb ماپ جو طريقو

Coulomb ماپ جو طريقو صحيح طور تي حساب ڪري سگھي ٿو حقيقي وقت جي چارج جي حالت کي چارج ڪرڻ يا خارج ڪرڻ دوران. چارج ڪولمب ڪائونٽر ۽ ڊسچارج ڪولمب ڪائونٽر سان، اهو حساب ڪري سگھي ٿو باقي گنجائش (RM) ۽ مڪمل چارج گنجائش (FCC). ساڳئي وقت، باقي گنجائش (RM) ۽ مڪمل چارج گنجائش (FCC) پڻ استعمال ڪري سگھجن ٿيون چارج جي حالت کي ڳڻڻ لاءِ، يعني (SOC = RM / FCC). ان کان علاوه، اهو پڻ باقي وقت جو اندازو لڳائي سگھي ٿو، جهڙوڪ پاور ختم ٿيڻ (TTE) ۽ مڪمل طاقت (TTF).

Figure 8. Calculation formula of Coulomb measurement method

اتي ٻه مکيه عنصر آهن جيڪي Coulomb ماپ جي طريقي جي درستگي ۾ انحراف جو سبب بڻجن ٿا. پهريون آهي موجوده سينسنگ ۽ ADC ماپ ۾ آفسٽ غلطين جو جمع. جيتوڻيڪ موجوده ٽيڪنالاجي سان ماپ جي غلطي اڃا به ننڍڙي آهي، جيڪڏهن ان کي ختم ڪرڻ لاء ڪو سٺو طريقو نه آهي، غلطي وقت سان وڌي ويندي. هيٺ ڏنل انگ اکر ڏيکاري ٿو ته عملي ايپليڪيشنن ۾، جيڪڏهن وقت جي مدي ۾ ڪا به اصلاح نه آهي، جمع ٿيل غلطي لامحدود آهي.

شڪل 9. ڪولومب ماپ جي طريقي جي مجموعي غلطي

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.

شڪل 10. ڪولمب ماپ جي طريقي جي مجموعي غلطي کي ختم ڪرڻ لاءِ حالتون

ٻيو وڏو عنصر جيڪو ڪولمب جي ماپ جي طريقي جي درستگي جي انحراف جو سبب بڻجي ٿو، مڪمل چارج جي گنجائش (FCC) غلطي آهي، جيڪا بيٽري جي ڊيزائن جي گنجائش جي قيمت ۽ بيٽري جي حقيقي مڪمل چارج گنجائش جي وچ ۾ فرق آهي. مڪمل چارج جي گنجائش (FCC) گرمي، عمر، لوڊ ۽ ٻين عنصر کان متاثر ٿيندي. تنهن ڪري، مڪمل چارج جي گنجائش جي ٻيهر سکيا ۽ معاوضي جو طريقو کولمب ماپ جي طريقي لاء تمام ضروري آهي. هيٺ ڏنل انگ اکر ڏيکاري ٿو رجحان رجحان جي حالت جي چارج جي غلطي جي جڏهن مڪمل چارج جي گنجائش وڌيڪ ۽ گهٽ اندازي ڪئي وئي آهي.

شڪل 11. غلطي جو رجحان جڏهن مڪمل چارج جي گنجائش تمام گهڻي ۽ گهٽ اندازي ڪئي وئي آهي

2.4 متحرڪ وولٹیج الگورٿم ٻارڻ گيج

متحرڪ وولٹیج الگورٿم ايندھن گيج صرف بيٽري وولٹیج جي بنياد تي ليتيم بيٽري جي چارج جي حالت کي حساب ڪري سگھي ٿو. اهو طريقو بيٽري جي وولٹیج ۽ بيٽري جي اوپن سرڪٽ وولٹیج جي وچ ۾ فرق جي بنياد تي چارج جي حالت جي واڌ يا گهٽتائي جو اندازو لڳائڻ آهي. متحرڪ وولٹیج معلومات مؤثر طور تي ليتيم بيٽري جي رويي کي ترتيب ڏئي سگھي ٿي چارج جي حالت جو تعين ڪرڻ لاءِ SOC (٪)، پر اهو طريقو بيٽري جي گنجائش جي قيمت (mAh) جو اندازو نٿو لڳائي سگھي.

ان جي حساب ڪتاب جو طريقو بيٽري وولٽيج ۽ اوپن سرڪٽ وولٽيج جي وچ ۾ متحرڪ فرق تي ٻڌل آهي، چارج جي حالت جو اندازو لڳائڻ لاءِ چارج جي حالت جي هر واڌ يا گھٽتائي کي ڳڻڻ لاءِ بار بار الورورٿم استعمال ڪندي. ڪولمب ميٽرنگ فيول گيج جي حل سان مقابلي ۾، متحرڪ وولٽيج الگورٿم فيول گيج وقت ۽ موجوده تي غلطيون جمع نه ڪندو. ڪولمب ميٽرنگ فيول گيجز عام طور تي موجوده سينسنگ غلطين ۽ بيٽري جي خود ڊسچارج جي ڪري چارج جي حالت جو غلط اندازو لڳائي ٿو. جيتوڻيڪ موجوده سينسنگ جي غلطي تمام ننڍڙي آهي، ڪولمب ڪائونٽر غلطي کي گڏ ڪرڻ جاري رکندو، ۽ جمع ٿيل غلطي صرف ان وقت ختم ٿي سگهي ٿي جڏهن اهو مڪمل طور تي چارج يا مڪمل طور تي خارج ٿيل هجي.

متحرڪ وولٹیج الگورٿم ايندھن گيج صرف وولٹیج جي معلومات جي ذريعي بيٽري جي چارج جي حالت جو اندازو لڳائي ٿو. ڇاڪاڻ ته اهو بيٽري جي موجوده معلومات جو اندازو نه آهي، اهو غلطيون جمع نٿو ڪري. چارج جي حالت جي درستگي کي بهتر ڪرڻ لاء، متحرڪ وولٽيج الورورٿم کي هڪ حقيقي ڊوائيس استعمال ڪرڻ جي ضرورت آهي، ۽ حقيقي بيٽري وولٽيج وکر جي مطابق هڪ اصلاحي الورورٿم جي پيراگراف کي ترتيب ڏيڻ جي ضرورت آهي جڏهن اهو مڪمل طور تي چارج ۽ مڪمل طور تي خارج ٿيل آهي.

شڪل 12. متحرڪ وولٽيج الگورٿم فيول گيج جي ڪارڪردگي ۽ اصلاح حاصل ڪرڻ

ھيٺ ڏنل آھي ڪارڪردگي وولٹیج الگورتھم جي مختلف خارج ٿيڻ جي شرح جي حالتن تحت. اهو انگ مان ڏسي سگهجي ٿو ته ان جي چارج جي حالت سٺي درستگي آهي. C/2، C/4، C/7 ۽ C/10 جي خارج ٿيڻ واري حالتن کان سواء، هن طريقي جي چارج جي غلطي جي مجموعي حالت 3٪ کان گهٽ آهي.

شڪل 13. مختلف خارج ٿيڻ جي شرح جي حالتن هيٺ متحرڪ وولٽيج الگورتھم جي چارج جي حالت جي ڪارڪردگي

هيٺ ڏنل انگ اکر ڏيکاري ٿو چارج جي حالت جي ڪارڪردگي جڏهن بيٽري شارٽ چارج ۽ شارٽ ڊسچارج ٿئي ٿي. چارج جي غلطي جي حالت اڃا تائين تمام ننڍڙو آهي، ۽ وڌ ۾ وڌ غلطي صرف 3٪ آهي.

شڪل 14. متحرڪ وولٽيج الورورٿم جي چارج جي حالت جي ڪارڪردگي جڏهن بيٽري شارٽ چارج ۽ شارٽ ڊسچارج ٿئي ٿي

ان صورتحال جي مقابلي ۾ جتي ڪولمب ميٽرنگ فيول گيج عام طور تي موجوده سينسنگ جي غلطين ۽ بيٽري جي خود ڊسچارج جي ڪري چارج جي غلط حالت جو سبب بڻجندي آهي، متحرڪ وولٽيج الگورٿم وقت ۽ ڪرنٽ تي غلطيون جمع نٿو ڪري، جيڪو هڪ وڏو فائدو آهي. ڇاڪاڻ ته موجوده چارج/ڊسچارج جي باري ۾ ڪا به ڄاڻ نه آهي، متحرڪ وولٽيج الورورٿم غريب مختصر مدت جي درستگي ۽ سست جوابي وقت آهي. ان کان سواء، اهو مڪمل چارج جي گنجائش جو اندازو نٿو ڪري سگهي. بهرحال، اهو ڊگهي مدت جي درستگي جي لحاظ کان سٺو ڪم ڪري ٿو، ڇاڪاڻ ته بيٽري وولٹیج آخرڪار ان جي چارج جي حالت کي سڌو سنئون ڏيکاريندو.