1. Introduction to Lithium Ion Battery

1.1 රාජ්‍ය-භාර (SOC)

ආරෝපණ තත්ත්වය සාමාන්‍යයෙන් ප්‍රතිශතයක් ලෙස ප්‍රකාශිත බැටරියේ පවතින විද්‍යුත් ශක්තියේ තත්වය ලෙස අර්ථ දැක්විය හැක. පවතින විද්‍යුත් ශක්තිය ආරෝපණ සහ විසර්ජන ධාරාව, ​​උෂ්ණත්වය සහ වයස්ගත සංසිද්ධීන් සමඟ වෙනස් වන බැවින්, ආරෝපණ තත්ත්වය පිළිබඳ අර්ථ දැක්වීම ද වර්ග දෙකකට බෙදා ඇත: නිරපේක්ෂ ආරෝපණ (ASOC) සහ සාපේක්ෂ ආරෝපණ තත්ත්වය (සාපේක්ෂ තත්ත්වය. -ආරෝපණය; ASOC) රාජ්‍ය-භාර; RSOC). සාමාන්‍යයෙන් ආරෝපණ පරාසයේ සාපේක්ෂ තත්ත්‍වය 0%-100% වන අතර බැටරිය සම්පූර්ණයෙන්ම ආරෝපණය වූ විට 100% සහ සම්පූර්ණයෙන්ම විසර්ජනය වූ විට 0% වේ. නිරපේක්ෂ ආරෝපණ තත්ත්වය යනු බැටරිය නිපදවන විට සැලසුම් කරන ලද ස්ථාවර ධාරිතා අගය අනුව ගණනය කරන ලද යොමු අගයකි. සම්පූර්ණයෙන්ම ආරෝපිත බැටරියක ආරෝපණයේ නිරපේක්ෂ තත්වය 100% කි; සහ වයස්ගත බැටරියක් සම්පූර්ණයෙන්ම ආරෝපණය වුවද, විවිධ ආරෝපණ සහ විසර්ජන තත්ව යටතේ එය 100% දක්වා ළඟා විය නොහැක.

පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ විවිධ විසර්ජන අනුපාතයන්හිදී වෝල්ටීයතාවය සහ බැටරි ධාරිතාව අතර සම්බන්ධතාවයයි. විසර්ජන අනුපාතය වැඩි වන තරමට බැටරි ධාරිතාව අඩු වේ. උෂ්ණත්වය අඩු වන විට, බැටරි ධාරිතාව ද අඩු වේ.

රූපය 1.

විවිධ විසර්ජන අනුපාත සහ උෂ්ණත්වවලදී වෝල්ටීයතාවය සහ ධාරිතාව අතර සම්බන්ධතාවය

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 සම්පූර්ණයෙන්ම ආරෝපිත

බැටරි වෝල්ටීයතාවය සහ ඉහළම ආරෝපණ වෝල්ටීයතාවය අතර වෙනස 100mV ට වඩා අඩු වූ විට සහ ආරෝපණ ධාරාව C/10 දක්වා පහත වැටේ නම්, බැටරිය සම්පූර්ණයෙන්ම ආරෝපණය වී ඇති බව සැලකිය හැකිය. බැටරි ලක්ෂණ වෙනස් වන අතර, සම්පූර්ණ ආරෝපණ කොන්දේසි ද වෙනස් වේ.

පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ සාමාන්‍ය ලිතියම් බැටරි ආරෝපණය වන ලාක්ෂණික වක්‍රයයි. බැටරියේ වෝල්ටීයතාව ඉහළම ආරෝපණ වෝල්ටීයතාවයට සමාන වන විට සහ ආරෝපණ ධාරාව C/10 දක්වා පහත වැටෙන විට, බැටරිය සම්පූර්ණයෙන්ම ආරෝපණය වී ඇති බව සලකනු ලැබේ.

රූපය 2. ලිතියම් බැටරි ආරෝපණ ලක්ෂණ වක්රය

1.4 කුඩා විසර්ජන වෝල්ටීයතාවය

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 සම්පූර්ණයෙන්ම විසර්ජනය

බැටරි වෝල්ටීයතාව අවම විසර්ජන වෝල්ටීයතාවයට වඩා අඩු හෝ සමාන වන විට, එය සම්පූර්ණ විසර්ජනයක් ලෙස හැඳින්විය හැක.

1.6 ආරෝපණ සහ විසර්ජන අනුපාතය (C-Rate)

ආරෝපණ-විසර්ජන අනුපාතය බැටරි ධාරිතාවට සාපේක්ෂව ආරෝපණ-විසර්ජන ධාරාවේ ප්රකාශනයකි. උදාහරණයක් ලෙස, 1C පැයක් සඳහා විසර්ජනය කිරීමට භාවිතා කරන්නේ නම්, ඉතා මැනවින්, බැටරිය සම්පූර්ණයෙන්ම විසර්ජනය වේ. විවිධ ආරෝපණ සහ විසර්ජන අනුපාත වෙනස් භාවිතා කළ හැකි ධාරිතාවක් ඇති කරයි. සාමාන්‍යයෙන්, ආරෝපණ-විසර්ජන අනුපාතය වැඩි වන තරමට පවතින ධාරිතාව කුඩා වේ.

1.7 චක්‍රීය ජීවිතය

චක්‍ර ගණන යනු බැටරියක් සම්පූර්ණ ආරෝපණයට සහ විසර්ජනයට ලක් වූ වාර ගණන වන අතර එය සත්‍ය විසර්ජන ධාරිතාව සහ සැලසුම් ධාරිතාව අනුව ඇස්තමේන්තු කළ හැක. සමුච්චිත විසර්ජන ධාරිතාව සැලසුම් ධාරිතාවට සමාන වන විට, චක්‍ර ගණන එක් වරක් වේ. සාමාන්‍යයෙන් ආරෝපණ-විසර්ජන චක්‍ර 500 කට පසු, සම්පුර්ණයෙන් ආරෝපණය වූ බැටරියක ධාරිතාව 10% ~ 20% කින් පහත වැටේ.

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

1.8 ස්වයං විසර්ජනය

උෂ්ණත්වය ඉහළ යන විට සියලුම බැටරි වල ස්වයං විසර්ජනය වැඩි වේ. ස්වයං විසර්ජනය මූලික වශයෙන් නිෂ්පාදන දෝෂයක් නොවේ, නමුත් බැටරියේම ලක්ෂණ. කෙසේ වෙතත්, නිෂ්පාදන ක්රියාවලියේ අනිසි ලෙස හැසිරවීම ස්වයං-විසර්ජන වැඩි වීමක් ද හේතු විය හැක. සාමාන්‍යයෙන්, බැටරි උෂ්ණත්වයේ සෑම 10°C වැඩිවීමක් සඳහාම ස්වයං විසර්ජන අනුපාතය දෙගුණ වේ. ලිතියම්-අයන බැටරිවල මාසික ස්වයං-විසර්ජනය 1 ~ 2% ක් පමණ වන අතර විවිධ නිකල් මත පදනම් වූ බැටරි වල මාසික ස්වයං-විසර්ජනය 10-15% කි.

රූපය 4. විවිධ උෂ්ණත්වවලදී ලිතියම් බැටරිවල ස්වයං-විසර්ජන අනුපාතයේ කාර්ය සාධනය

2. බැටරි ඉන්ධන මාපකය හඳුන්වාදීම

2.1 ඉන්ධන මාපක කාර්යය හැඳින්වීම

බැටරි කළමනාකරණය බලශක්ති කළමනාකරණයේ කොටසක් ලෙස සැලකිය හැකිය. බැටරි කළමනාකරණයේදී, බැටරි ධාරිතාව තක්සේරු කිරීම සඳහා ඉන්ධන මිනුම වගකිව යුතුය. එහි මූලික කාර්යය වන්නේ වෝල්ටීයතාව, ආරෝපණ / විසර්ජන ධාරාව සහ බැටරි උෂ්ණත්වය නිරීක්ෂණය කිරීම සහ බැටරි ආරෝපණ තත්ත්වය (SOC) සහ බැටරියේ සම්පූර්ණ ආරෝපණ ධාරිතාව (FCC) තක්සේරු කිරීමයි. බැටරියක ආරෝපණ තත්ත්වය තක්සේරු කිරීම සඳහා සාමාන්‍ය ක්‍රම දෙකක් තිබේ: විවෘත පරිපථ වෝල්ටීයතා ක්‍රමය (OCV) සහ කූලෝමිතික ක්‍රමය. තවත් ක්රමයක් වන්නේ RICHTEK විසින් නිර්මාණය කරන ලද ගතික වෝල්ටීයතා ඇල්ගොරිතමයයි.

2.2 විවෘත පරිපථ වෝල්ටීයතා ක්රමය

විවෘත පරිපථ වෝල්ටීයතා ක්රමය භාවිතා කරන විදුලි මීටරය ක්රියාත්මක කිරීමට පහසු වන අතර, විවෘත පරිපථ වෝල්ටීයතාවයේ ආරෝපණ තත්ත්වයට අනුරූප වන වගුව දෙස බැලීමෙන් එය ලබාගත හැකිය. විවෘත පරිපථ වෝල්ටීයතාවයේ උපකල්පිත තත්ත්වය වන්නේ බැටරිය විනාඩි 30 ක් පමණ රැඳී සිටින විට බැටරි පර්යන්ත වෝල්ටීයතාවය වේ.

විවිධ බර, උෂ්ණත්වය සහ බැටරි වයසට යාම යටතේ, බැටරි වෝල්ටීයතා වක්රය වෙනස් වේ. එබැවින්, ස්ථාවර විවෘත පරිපථ වෝල්ට්මීටරයකට ආරෝපණ තත්ත්වය සම්පූර්ණයෙන්ම නියෝජනය කළ නොහැක; මේසය මත පමණක් බැලීමෙන් ආරෝපණ තත්ත්වය තක්සේරු කළ නොහැක. වෙනත් වචන වලින් කිවහොත්, මේසය දෙස බැලීමෙන් පමණක් ආරෝපණ තත්ත්වය ඇස්තමේන්තු කරන්නේ නම්, දෝෂය ඉතා විශාල වනු ඇත.

පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ එකම බැටරි වෝල්ටීයතාවය ආරෝපණය සහ විසර්ජනය යටතේ පවතින අතර විවෘත පරිපථ වෝල්ටීයතා ක්‍රමය මගින් සොයාගත් ආරෝපණ තත්ත්වය බෙහෙවින් වෙනස් ය.

රූපය 5. ආරෝපණය සහ විසර්ජනය යටතේ බැටරි වෝල්ටීයතාවය

පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ විසර්ජනයේදී විවිධ පැටවීම් යටතේ ආරෝපණ තත්ත්වය බොහෝ සෙයින් වෙනස් වන බවයි. එබැවින් මූලික වශයෙන්, විවෘත පරිපථ වෝල්ටීයතා ක්‍රමය සුදුසු වන්නේ ඊයම්-අම්ල බැටරි හෝ මෝටර් රථවල අඛණ්ඩ බල සැපයුම් භාවිතය වැනි ආරෝපණ තත්වයේ නිරවද්‍යතාවය සඳහා අඩු අවශ්‍යතා සහිත පද්ධති සඳහා පමණි.

රූපය 6. විසර්ජනය අතරතුර විවිධ බර යටතේ බැටරි වෝල්ටීයතාවය

2.3 Coulomb මිනුම් ක්රමය

Coulomb මිනුම් ක්‍රමයේ මෙහෙයුම් මූලධර්මය වන්නේ බැටරියේ ආරෝපණ/විසර්ජන මාර්ගයේ හඳුනාගැනීමේ ප්‍රතිරෝධයක් සම්බන්ධ කිරීමයි. ADC හඳුනාගැනීමේ ප්‍රතිරෝධකයේ වෝල්ටීයතාවය මනිනු ලබන අතර එය ආරෝපණය වන හෝ විසර්ජනය වන බැටරියේ වත්මන් අගය බවට පරිවර්තනය කරයි. තත්‍ය කාලීන කවුන්ටරය (RTC) වත්මන් අගය කාලය සමඟ ඒකාබද්ධ කිරීම සපයයි, එමඟින් කූලෝම් කීයක් ගලා එන්නේදැයි දැන ගැනීමට.

රූපය 7. Coulomb මිනුම් ක්රමයේ මූලික වැඩ කිරීමේ ක්රමය

Coulomb මිනුම් ක්‍රමයට ආරෝපණය කිරීමේදී හෝ විසර්ජනය කිරීමේදී තත්‍ය කාලීන ආරෝපණ තත්ත්වය නිවැරදිව ගණනය කළ හැක. ආරෝපණ කූලෝම් කවුන්ටරය සහ විසර්ජන කූලෝම් කවුන්ටරය සමඟ, එය ඉතිරි ධාරිතාව (RM) සහ සම්පූර්ණ ආරෝපණ ධාරිතාව (FCC) ගණනය කළ හැකිය. ඒ සමගම, ඉතිරි ධාරිතාව (RM) සහ සම්පූර්ණ ආරෝපණ ධාරිතාව (FCC) ආරෝපණ තත්ත්වය ගණනය කිරීමට ද භාවිතා කළ හැකිය, එනම් (SOC = RM / FCC). ඊට අමතරව, බලය අවසන් වීම (TTE) සහ සම්පූර්ණ බලය (TTF) වැනි ඉතිරි කාලය ද ඇස්තමේන්තු කළ හැකිය.

Figure 8. Calculation formula of Coulomb measurement method

Coulomb මිනුම් ක්‍රමයේ නිරවද්‍යතාවයේ අපගමනය ඇති කරන ප්‍රධාන සාධක දෙකක් තිබේ. පළමුවැන්න වත්මන් සංවේදනය සහ ADC මැනීමේදී ඕෆ්සෙට් දෝෂ සමුච්චය වීමයි. දැනට පවතින තාක්ෂණය සමඟ මිනුම් දෝෂය තවමත් කුඩා වුවද, එය ඉවත් කිරීමට හොඳ ක්රමයක් නොමැති නම්, කාලයත් සමඟ දෝෂය වැඩි වේ. පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ ප්‍රායෝගික යෙදුම් වලදී, කාල සීමාව තුළ නිවැරදි කිරීමක් නොමැති නම්, සමුච්චිත දෝෂය අසීමිත බවයි.

රූපය 9. Coulomb මිනුම් ක්‍රමයේ සමුච්චිත දෝෂය

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.

රූපය 10. Coulomb මිනුම් ක්‍රමයේ සමුච්චිත දෝෂය ඉවත් කිරීම සඳහා කොන්දේසි

Coulomb මිනුම් ක්‍රමයේ නිරවද්‍යතාවයේ අපගමනය ඇති කරන දෙවන ප්‍රධාන සාධකය වන්නේ සම්පූර්ණ ආරෝපණ ධාරිතාව (FCC) දෝෂයයි, එය බැටරි සැලසුම් ධාරිතාවේ අගය සහ බැටරියේ සැබෑ පූර්ණ ආරෝපණ ධාරිතාව අතර වෙනසයි. සම්පූර්ණ ආරෝපණ ධාරිතාව (FCC) උෂ්ණත්වය, වයසට යෑම, පැටවීම සහ අනෙකුත් සාධක මගින් බලපානු ඇත. එබැවින්, කූලෝම් මැනුම් ක්රමය සඳහා සම්පූර්ණ ආරෝපණ ධාරිතාවයේ නැවත ඉගෙනුම් සහ වන්දි ක්රමය ඉතා වැදගත් වේ. සම්පූර්ණ ආරෝපණ ධාරිතාව අධිතක්සේරු කර අවතක්සේරු කරන විට ආරෝපණ දෝෂයේ තත්වයේ ප්‍රවණතා සංසිද්ධිය පහත රූපයේ දැක්වේ.

රූපය 11. සම්පූර්ණ ආරෝපණ ධාරිතාව අධිතක්සේරු කර අවතක්සේරු කරන විට දෝෂ ප්රවණතාවය

2.4 ගතික වෝල්ටීයතා ඇල්ගොරිතම ඉන්ධන මිනුම

ගතික වෝල්ටීයතා ඇල්ගොරිතම ඉන්ධන මානය බැටරි වෝල්ටීයතාව මත පමණක් ලිතියම් බැටරියේ ආරෝපණ තත්ත්වය ගණනය කළ හැකිය. මෙම ක්‍රමය වන්නේ බැටරියේ වෝල්ටීයතාවය සහ බැටරියේ විවෘත පරිපථ වෝල්ටීයතාවය අතර වෙනස මත පදනම්ව ආරෝපණ තත්ත්වය වැඩි වීම හෝ අඩුවීම තක්සේරු කිරීමයි. ගතික වෝල්ටීයතා තොරතුරු මගින් ලිතියම් බැටරියේ හැසිරීම ඵලදායි ලෙස අනුකරණය කළ හැකි අතර, SOC (%) ආරෝපණ තත්ත්වය තීරණය කිරීමට, නමුත් මෙම ක්‍රමයට බැටරි ධාරිතාව අගය (mAh) තක්සේරු කළ නොහැක.

එහි ගණනය කිරීමේ ක්‍රමය පදනම් වන්නේ බැටරි වෝල්ටීයතාවය සහ විවෘත පරිපථ වෝල්ටීයතාවය අතර ගතික වෙනස මත, ආරෝපණ තත්ත්වය තක්සේරු කිරීම සඳහා ආරෝපණ තත්ත්වයෙහි එක් එක් වැඩිවීම හෝ අඩුවීම ගණනය කිරීම සඳහා පුනරාවර්තන ඇල්ගොරිතමයක් භාවිතා කිරීමෙනි. කූලෝම් මැනුම් ඉන්ධන මිනුමෙහි විසඳුම හා සසඳන විට ගතික වෝල්ටීයතා ඇල්ගොරිතම ඉන්ධන මිනුම කාලය හා ධාරාව සමඟ දෝෂ එකතු නොවේ. Coulomb metering fuel geages සාමාන්‍යයෙන් වත්මන් සංවේද දෝෂ සහ බැටරි ස්වයං විසර්ජනය හේතුවෙන් ආරෝපණ තත්ත්වය පිළිබඳ වැරදි තක්සේරුවක් ඇති කරයි. වත්මන් සංවේද දෝෂය ඉතා කුඩා වුවද, coulomb කවුන්ටරය දෝෂය එකතු කිරීම දිගටම කරගෙන යනු ඇත, සමුච්චිත දෝෂය ඉවත් කළ හැක්කේ එය සම්පූර්ණයෙන්ම ආරෝපණය වූ විට හෝ සම්පූර්ණයෙන්ම විසර්ජනය වූ විට පමණි.

ගතික වෝල්ටීයතා ඇල්ගොරිතම ඉන්ධන මාපකය වෝල්ටීයතා තොරතුරු මගින් පමණක් බැටරියේ ආරෝපණ තත්ත්වය තක්සේරු කරයි; බැටරියේ වත්මන් තොරතුරු මගින් එය ඇස්තමේන්තු කර නොමැති නිසා, එය දෝෂ එකතු නොකරයි. ආරෝපණ තත්වයේ නිරවද්‍යතාවය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා ගතික වෝල්ටීයතා ඇල්ගොරිතමයට සත්‍ය උපාංගයක් භාවිතා කිරීමට අවශ්‍ය වන අතර එය සම්පුර්ණයෙන්ම ආරෝපණය වී සම්පුර්ණයෙන් විසර්ජනය වූ විට සැබෑ බැටරි වෝල්ටීයතා වක්‍රය අනුව ප්‍රශස්ත ඇල්ගොරිතමයක පරාමිතීන් සකස් කළ යුතුය.

රූප සටහන 12. ගතික වෝල්ටීයතා ඇල්ගොරිතම ඉන්ධන මානයෙහි කාර්ය සාධනය සහ ප්‍රශස්තකරණය

පහත දැක්වෙන්නේ විවිධ විසර්ජන අනුපාත තත්වයන් යටතේ ගතික වෝල්ටීයතා ඇල්ගොරිතමයේ ක්‍රියාකාරිත්වයයි. එහි ආරෝපණ තත්ත්වය හොඳ නිරවද්‍යතාවයක් ඇති බව රූපයෙන් පෙනේ. C/2, C/4, C/7 සහ C/10 යන විසර්ජන තත්ත්වයන් කුමක් වුවත්, මෙම ක්‍රමයේ සමස්ත ආරෝපණ දෝෂය 3% ට වඩා අඩුය.

රූපය 13. විවිධ විසර්ජන අනුපාත තත්වයන් යටතේ ගතික වෝල්ටීයතා ඇල්ගොරිතමයේ ආරෝපණ තත්වයේ කාර්ය සාධනය

පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ බැටරිය කෙටි ආරෝපණය වූ විට සහ කෙටි විසර්ජනය වන විට ආරෝපණ තත්වයේ ක්‍රියාකාරිත්වයයි. ආරෝපණ දෝෂයේ තත්වය තවමත් ඉතා කුඩා වන අතර උපරිම දෝෂය 3% ක් පමණි.

රූපය 14. බැටරිය කෙටි ආරෝපණය වූ විට සහ කෙටි විසර්ජනය වූ විට ගතික වෝල්ටීයතා ඇල්ගොරිතමයේ ආරෝපණ තත්ත්වයෙහි කාර්ය සාධනය

Coulomb මිනුම් ඉන්ධන මිනුම සාමාන්‍යයෙන් ධාරා සංවේදක දෝෂ සහ බැටරි ස්වයං විසර්ජනය හේතුවෙන් සාවද්‍ය ආරෝපණ තත්වයක් ඇති කරන තත්වය සමඟ සසඳන විට, ගතික වෝල්ටීයතා ඇල්ගොරිතම කාලය හා ධාරාව සමඟ දෝෂ රැස් නොකරයි, එය විශාල වාසියකි. ආරෝපණ / විසර්ජන ධාරාව පිළිබඳ තොරතුරු නොමැති නිසා, ගතික වෝල්ටීයතා ඇල්ගොරිතම දුර්වල කෙටි කාලීන නිරවද්යතාව සහ මන්දගාමී ප්රතිචාර කාලය ඇත. ඊට අමතරව, එය සම්පූර්ණ ආරෝපණ ධාරිතාව තක්සේරු කළ නොහැක. කෙසේ වෙතත්, එය දිගු කාලීන නිරවද්‍යතාවය අනුව හොඳින් ක්‍රියා කරයි, මන්ද බැටරි වෝල්ටීයතාව අවසානයේ එහි ආරෝපණ තත්ත්වය කෙලින්ම පිළිබිඹු කරයි.