1. Introduction to Lithium Ion Battery

1.1 ஸ்டேட்-ஆஃப்-சார்ஜ் (SOC)

சார்ஜ் நிலையை பேட்டரியில் கிடைக்கும் மின் ஆற்றலின் நிலை என வரையறுக்கலாம், இது பொதுவாக சதவீதமாக வெளிப்படுத்தப்படுகிறது. கிடைக்கக்கூடிய மின் ஆற்றல் சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் மின்னோட்டம், வெப்பநிலை மற்றும் வயதான நிகழ்வுகளுடன் மாறுபடுவதால், சார்ஜ் நிலையின் வரையறை இரண்டு வகைகளாகப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளது: முழுமையான நிலை-கட்டணம் (ASOC) மற்றும் தொடர்புடைய நிலை-சார்ந்த நிலை (உறவினர் நிலை. -ஆஃப்-சார்ஜ்; ASOC) ஸ்டேட்-ஆஃப்-சார்ஜ்; RSOC). பொதுவாக சார்ஜ் வரம்பின் ஒப்பீட்டு நிலை 0%-100% ஆகும், அதே சமயம் பேட்டரி முழுமையாக சார்ஜ் செய்யும்போது 100% ஆகவும், முழுமையாக டிஸ்சார்ஜ் ஆகும்போது 0% ஆகவும் இருக்கும். முழுமையான சார்ஜ் நிலை என்பது பேட்டரி தயாரிக்கப்படும் போது வடிவமைக்கப்பட்ட நிலையான திறன் மதிப்பின் படி கணக்கிடப்படும் ஒரு குறிப்பு மதிப்பாகும். புத்தம் புதிய முழு சார்ஜ் செய்யப்பட்ட பேட்டரியின் முழுமையான சார்ஜ் நிலை 100% ஆகும்; மற்றும் ஒரு வயதான பேட்டரி முழுமையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்டிருந்தாலும், அது வெவ்வேறு சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜிங் நிலைமைகளின் கீழ் 100% ஐ எட்ட முடியாது.

வெவ்வேறு வெளியேற்ற விகிதங்களில் மின்னழுத்தத்திற்கும் பேட்டரி திறனுக்கும் இடையிலான உறவை கீழே உள்ள படம் காட்டுகிறது. அதிக டிஸ்சார்ஜ் ரேட், பேட்டரி திறன் குறைவாக இருக்கும். வெப்பநிலை குறைவாக இருக்கும்போது, ​​பேட்டரி திறனும் குறையும்.

படம் 1.

வெவ்வேறு வெளியேற்ற விகிதங்கள் மற்றும் வெப்பநிலைகளில் மின்னழுத்தத்திற்கும் திறனுக்கும் இடையிலான உறவு

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 முழுமையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்டது

பேட்டரி மின்னழுத்தத்திற்கும் அதிக சார்ஜிங் மின்னழுத்தத்திற்கும் இடையே உள்ள வேறுபாடு 100mV க்கும் குறைவாக இருக்கும் போது, ​​மற்றும் சார்ஜிங் மின்னோட்டம் C/10 ஆக குறையும் போது, ​​பேட்டரி முழுமையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்டதாகக் கருதலாம். பேட்டரி பண்புகள் வேறுபட்டவை, மேலும் முழு சார்ஜ் நிலைகளும் வேறுபட்டவை.

கீழே உள்ள படம் வழக்கமான லித்தியம் பேட்டரி சார்ஜிங் பண்பு வளைவைக் காட்டுகிறது. பேட்டரி மின்னழுத்தம் அதிக சார்ஜிங் மின்னழுத்தத்திற்கு சமமாக இருக்கும் போது மற்றும் சார்ஜிங் மின்னோட்டம் C/10 ஆக குறையும் போது, ​​பேட்டரி முழுமையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்டதாக கருதப்படுகிறது.

படம் 2. லித்தியம் பேட்டரி சார்ஜிங் பண்பு வளைவு

1.4 மினி டிஸ்சார்ஜிங் மின்னழுத்தம்

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 முழுமையாக வெளியேற்றம்

பேட்டரி மின்னழுத்தம் குறைந்தபட்ச வெளியேற்ற மின்னழுத்தத்தை விட குறைவாகவோ அல்லது சமமாகவோ இருந்தால், அதை முழுமையான வெளியேற்றம் என்று அழைக்கலாம்.

1.6 கட்டணம் மற்றும் வெளியேற்ற விகிதம் (சி-ரேட்)

சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் ரேட் என்பது பேட்டரி திறனுடன் தொடர்புடைய சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் மின்னோட்டத்தின் வெளிப்பாடாகும். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு மணிநேரத்திற்கு 1C டிஸ்சார்ஜ் செய்யப் பயன்படுத்தினால், பேட்டரி முழுமையாக டிஸ்சார்ஜ் செய்யப்படும். வெவ்வேறு கட்டணம் மற்றும் வெளியேற்ற விகிதங்கள் வெவ்வேறு பயன்படுத்தக்கூடிய திறனை ஏற்படுத்தும். பொதுவாக, அதிக கட்டணம்-வெளியேற்ற விகிதம், சிறிய திறன் கிடைக்கும்.

1.7 சுழற்சி வாழ்க்கை

சுழற்சிகளின் எண்ணிக்கை என்பது ஒரு பேட்டரி முழுமையான சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜிங்கிற்கு உட்பட்ட முறை ஆகும், இது உண்மையான வெளியேற்ற திறன் மற்றும் வடிவமைப்பு திறன் ஆகியவற்றிலிருந்து மதிப்பிடப்படலாம். திரட்டப்பட்ட வெளியேற்ற திறன் வடிவமைப்பு திறனுக்கு சமமாக இருக்கும் போதெல்லாம், சுழற்சிகளின் எண்ணிக்கை ஒரு முறை ஆகும். வழக்கமாக 500 சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு, முழுமையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட பேட்டரியின் திறன் 10% ~ 20% குறைகிறது.

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

1.8 சுய-வெளியேற்றம்

வெப்பநிலை உயரும்போது அனைத்து பேட்டரிகளின் சுய-வெளியேற்றமும் அதிகரிக்கிறது. சுய-வெளியேற்றம் அடிப்படையில் உற்பத்தி குறைபாடு அல்ல, ஆனால் பேட்டரியின் பண்புகள். இருப்பினும், உற்பத்தி செயல்பாட்டில் முறையற்ற கையாளுதலும் சுய-வெளியேற்றத்தின் அதிகரிப்புக்கு வழிவகுக்கும். பொதுவாக, பேட்டரி வெப்பநிலையில் ஒவ்வொரு 10 டிகிரி செல்சியஸ் அதிகரிப்புக்கும் சுய-வெளியேற்ற விகிதம் இரட்டிப்பாகும். லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் மாதாந்திர சுய-வெளியேற்றம் சுமார் 1~2% ஆகும், அதே சமயம் பல்வேறு நிக்கல் அடிப்படையிலான பேட்டரிகளின் மாதாந்திர சுய-வெளியேற்றம் 10-15% ஆகும்.

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

2. பேட்டரி எரிபொருள் அளவிற்கான அறிமுகம்

2.1 எரிபொருள் அளவு செயல்பாடு அறிமுகம்

மின்கல மேலாண்மை சக்தி நிர்வாகத்தின் ஒரு பகுதியாக கருதப்படலாம். பேட்டரி நிர்வாகத்தில், பேட்டரி திறனை மதிப்பிடுவதற்கு எரிபொருள் அளவீடு பொறுப்பாகும். மின்னழுத்தம், சார்ஜ்/டிஸ்சார்ஜ் மின்னோட்டம் மற்றும் பேட்டரி வெப்பநிலை ஆகியவற்றைக் கண்காணிப்பது மற்றும் பேட்டரி சார்ஜ் நிலை (SOC) மற்றும் பேட்டரியின் முழு சார்ஜ் திறன் (FCC) ஆகியவற்றை மதிப்பிடுவது இதன் அடிப்படை செயல்பாடு ஆகும். பேட்டரியின் சார்ஜ் நிலையை மதிப்பிடுவதற்கு இரண்டு பொதுவான முறைகள் உள்ளன: திறந்த சுற்று மின்னழுத்த முறை (OCV) மற்றும் கூலோமெட்ரிக் முறை. மற்றொரு முறை RICHTEK ஆல் வடிவமைக்கப்பட்ட டைனமிக் வோல்டேஜ் அல்காரிதம் ஆகும்.

2.2 திறந்த சுற்று மின்னழுத்த முறை

திறந்த சுற்று மின்னழுத்த முறையைப் பயன்படுத்தி மின்சார மீட்டர் செயல்படுத்த எளிதானது, மேலும் திறந்த சுற்று மின்னழுத்தத்தின் கட்டண நிலைக்கு தொடர்புடைய அட்டவணையைப் பார்ப்பதன் மூலம் அதைப் பெறலாம். திறந்த சுற்று மின்னழுத்தத்தின் அனுமான நிலை என்பது பேட்டரி முனைய மின்னழுத்தம் ஆகும், இது பேட்டரி சுமார் 30 நிமிடங்கள் நிற்கும்.

வெவ்வேறு சுமை, வெப்பநிலை மற்றும் பேட்டரி வயதின் கீழ், பேட்டரி மின்னழுத்த வளைவு வேறுபட்டதாக இருக்கும். எனவே, ஒரு நிலையான திறந்த-சுற்று வோல்ட்மீட்டர் சார்ஜ் நிலையை முழுமையாக பிரதிநிதித்துவப்படுத்த முடியாது; அட்டவணையை மட்டும் பார்ப்பதன் மூலம் கட்டணத்தின் நிலையை மதிப்பிட முடியாது. வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், அட்டவணையைப் பார்ப்பதன் மூலம் மட்டுமே கட்டணத்தின் நிலையை மதிப்பிடினால், பிழை மிகப் பெரியதாக இருக்கும்.

பின்வரும் படம் அதே பேட்டரி மின்னழுத்தம் சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் கீழ் இருப்பதைக் காட்டுகிறது, மேலும் திறந்த சுற்று மின்னழுத்த முறையால் கண்டறியப்பட்ட சார்ஜ் நிலை மிகவும் வேறுபட்டது.

படம் 5. சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜிங் கீழ் பேட்டரி மின்னழுத்தம்

வெளியேற்றத்தின் போது வெவ்வேறு சுமைகளின் கீழ் சார்ஜ் நிலை பெரிதும் மாறுபடும் என்பதை கீழே உள்ள படம் காட்டுகிறது. எனவே அடிப்படையில், ஓப்பன் சர்க்யூட் வோல்டேஜ் முறையானது, லீட்-அமில பேட்டரிகள் அல்லது ஆட்டோமொபைல்களில் தடையில்லா மின்சாரம் போன்ற சார்ஜ் நிலையின் துல்லியத்திற்கான குறைந்த தேவைகளைக் கொண்ட அமைப்புகளுக்கு மட்டுமே பொருத்தமானது.

படம் 6. வெளியேற்றத்தின் போது வெவ்வேறு சுமைகளின் கீழ் பேட்டரி மின்னழுத்தம்

2.3 கூலம்ப் அளவீட்டு முறை

கூலம்ப் அளவீட்டு முறையின் செயல்பாட்டுக் கொள்கையானது பேட்டரியின் சார்ஜிங்/டிஸ்சார்ஜிங் பாதையில் கண்டறிதல் மின்தடையை இணைப்பதாகும். ADC கண்டறிதல் மின்தடையத்தில் உள்ள மின்னழுத்தத்தை அளவிடுகிறது மற்றும் அதை சார்ஜ் அல்லது டிஸ்சார்ஜ் செய்யப்படும் பேட்டரியின் தற்போதைய மதிப்பாக மாற்றுகிறது. நிகழ்நேர கவுண்டர் (ஆர்டிசி) தற்போதைய மதிப்பை நேரத்துடன் ஒருங்கிணைப்பதை வழங்குகிறது, இதன் மூலம் எத்தனை கூலம்ப்கள் பாய்கின்றன என்பதை அறியலாம்.

படம் 7. கூலம்ப் அளவீட்டு முறையின் அடிப்படை வேலை முறை

கூலம்ப் அளவீட்டு முறை சார்ஜிங் அல்லது டிஸ்சார்ஜ் செய்யும் போது நிகழ் நேர சார்ஜ் நிலையை துல்லியமாக கணக்கிட முடியும். சார்ஜ் கூலம்ப் கவுண்டர் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் கூலம்ப் கவுண்டர் மூலம், மீதமுள்ள திறன் (RM) மற்றும் முழு சார்ஜ் திறனை (FCC) கணக்கிட முடியும். அதே நேரத்தில், மீதமுள்ள திறன் (RM) மற்றும் முழு சார்ஜ் திறன் (FCC) ஆகியவையும் சார்ஜ் நிலையை கணக்கிட பயன்படுத்தப்படலாம், அதாவது (SOC = RM / FCC). கூடுதலாக, இது ஆற்றல் சோர்வு (TTE) மற்றும் முழு சக்தி (TTF) போன்ற மீதமுள்ள நேரத்தையும் மதிப்பிட முடியும்.

Figure 8. Calculation formula of Coulomb measurement method

கூலம்ப் அளவீட்டு முறையின் துல்லியத்தில் விலகல்களை ஏற்படுத்தும் இரண்டு முக்கிய காரணிகள் உள்ளன. முதலாவது தற்போதைய உணர்திறன் மற்றும் ADC அளவீட்டில் ஆஃப்செட் பிழைகளின் குவிப்பு ஆகும். தற்போதைய தொழில்நுட்பத்தில் அளவீட்டு பிழை இன்னும் சிறியதாக இருந்தாலும், அதை அகற்ற நல்ல வழி இல்லை என்றால், காலப்போக்கில் பிழை அதிகரிக்கும். நடைமுறைப் பயன்பாடுகளில், நேரக் காலத்தில் திருத்தம் இல்லை என்றால், திரட்டப்பட்ட பிழை வரம்பற்றது என்பதை கீழே உள்ள படம் காட்டுகிறது.

படம் 9. கூலம்ப் அளவீட்டு முறையின் ஒட்டுமொத்த பிழை

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.

படம் 10. கூலம்ப் அளவீட்டு முறையின் ஒட்டுமொத்த பிழையை நீக்குவதற்கான நிபந்தனைகள்

கூலம்ப் அளவீட்டு முறையின் துல்லியத்தின் விலகலை ஏற்படுத்தும் இரண்டாவது முக்கிய காரணி முழு சார்ஜ் திறன் (FCC) பிழை ஆகும், இது பேட்டரி வடிவமைப்பு திறனின் மதிப்புக்கும் பேட்டரியின் உண்மையான முழு சார்ஜ் திறனுக்கும் உள்ள வித்தியாசமாகும். முழு சார்ஜ் திறன் (FCC) வெப்பநிலை, வயதானது, சுமை மற்றும் பிற காரணிகளால் பாதிக்கப்படும். எனவே, கூலொம்ப் அளவீட்டு முறைக்கு முழு சார்ஜ் திறனின் மறு கற்றல் மற்றும் இழப்பீட்டு முறை மிகவும் முக்கியமானது. முழு சார்ஜ் திறன் மிகையாக மதிப்பிடப்பட்டு குறைத்து மதிப்பிடப்படும் போது, ​​சார்ஜ் பிழையின் நிலையின் போக்கு நிகழ்வை பின்வரும் படம் காட்டுகிறது.

படம் 11. முழு சார்ஜ் திறன் மிகையாக மதிப்பிடப்பட்டு குறைத்து மதிப்பிடப்படும் போது ஏற்படும் பிழை போக்கு

2.4 டைனமிக் வோல்டேஜ் அல்காரிதம் ஃப்யூவல் கேஜ்

டைனமிக் வோல்டேஜ் அல்காரிதம் ஃப்யூவல் கேஜ், லித்தியம் பேட்டரியின் சார்ஜ் நிலையை பேட்டரி மின்னழுத்தத்தின் அடிப்படையில் மட்டுமே கணக்கிட முடியும். இந்த முறையானது பேட்டரியின் மின்னழுத்தத்திற்கும் பேட்டரியின் திறந்த சுற்று மின்னழுத்தத்திற்கும் இடையிலான வேறுபாட்டின் அடிப்படையில் சார்ஜ் நிலையின் அதிகரிப்பு அல்லது குறைவை மதிப்பிடுவதாகும். டைனமிக் வோல்டேஜ் தகவல் லித்தியம் பேட்டரியின் சார்ஜ் SOC (%) நிலையைத் தீர்மானிக்கும் நடத்தையை திறம்பட உருவகப்படுத்த முடியும், ஆனால் இந்த முறை பேட்டரி திறன் மதிப்பை (mAh) மதிப்பிட முடியாது.

அதன் கணக்கீட்டு முறையானது பேட்டரி மின்னழுத்தத்திற்கும் திறந்த மின்சுற்று மின்னழுத்தத்திற்கும் இடையே உள்ள மாறும் வேறுபாட்டை அடிப்படையாகக் கொண்டது, சார்ஜ் நிலையை மதிப்பிடுவதற்கு கட்டணத்தின் ஒவ்வொரு அதிகரிப்பு அல்லது குறைவையும் கணக்கிட ஒரு மறுசெயலி அல்காரிதம் மூலம். கூலம்ப் அளவீட்டு எரிபொருள் அளவின் தீர்வுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​டைனமிக் வோல்டேஜ் அல்காரிதம் ஃப்யூவல் கேஜ் நேரம் மற்றும் மின்னோட்டத்தில் பிழைகளைக் குவிக்காது. கூலொம்ப் அளவீட்டு எரிபொருள் அளவீடுகள் பொதுவாக தற்போதைய உணர்திறன் பிழைகள் மற்றும் பேட்டரி சுய-வெளியேற்றம் ஆகியவற்றின் காரணமாக சார்ஜ் நிலையை தவறாக மதிப்பிடுகிறது. தற்போதைய உணர்திறன் பிழை மிகவும் சிறியதாக இருந்தாலும், கூலம்ப் கவுண்டர் தொடர்ந்து பிழையைக் குவிக்கும், மேலும் அது முழுமையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்டால் அல்லது முழுமையாக வெளியேற்றப்பட்டால் மட்டுமே திரட்டப்பட்ட பிழையை அகற்ற முடியும்.

டைனமிக் வோல்டேஜ் அல்காரிதம் ஃப்யூவல் கேஜ் மின்னழுத்தத் தகவல் மூலம் மட்டுமே பேட்டரியின் சார்ஜ் நிலையை மதிப்பிடுகிறது; ஏனெனில் இது பேட்டரியின் தற்போதைய தகவலால் மதிப்பிடப்படவில்லை, அது பிழைகளை குவிக்காது. சார்ஜ் நிலையின் துல்லியத்தை மேம்படுத்த, டைனமிக் வோல்டேஜ் அல்காரிதம் ஒரு உண்மையான சாதனத்தைப் பயன்படுத்த வேண்டும், மேலும் அது முழுமையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்டு முழுமையாக வெளியேற்றப்படும் போது உண்மையான பேட்டரி மின்னழுத்த வளைவின் படி உகந்த அல்காரிதத்தின் அளவுருக்களை சரிசெய்ய வேண்டும்.

படம் 12. டைனமிக் வோல்டேஜ் அல்காரிதம் எரிபொருள் அளவின் செயல்திறன் மற்றும் ஆதாய உகப்பாக்கம்

வெவ்வேறு வெளியேற்ற விகித நிலைகளின் கீழ் டைனமிக் வோல்டேஜ் அல்காரிதத்தின் செயல்திறன் பின்வருமாறு. அதன் சார்ஜ் நிலை நல்ல துல்லியம் கொண்டது என்பதை படத்தில் இருந்து காணலாம். C/2, C/4, C/7 மற்றும் C/10 இன் டிஸ்சார்ஜ் நிலைமைகளைப் பொருட்படுத்தாமல், இந்த முறையின் ஒட்டுமொத்த சார்ஜ் பிழையின் நிலை 3% க்கும் குறைவாக உள்ளது.

படம் 13. வெவ்வேறு டிஸ்சார்ஜ் ரேட் நிலைமைகளின் கீழ் டைனமிக் வோல்டேஜ் அல்காரிதத்தின் சார்ஜ் நிலையின் செயல்திறன்

கீழே உள்ள படம், பேட்டரி ஷார்ட் சார்ஜ் மற்றும் ஷார்ட் டிஸ்சார்ஜ் ஆகும் போது சார்ஜ் நிலையின் செயல்திறனைக் காட்டுகிறது. சார்ஜ் பிழையின் நிலை இன்னும் சிறியதாக உள்ளது, மேலும் அதிகபட்ச பிழை 3% மட்டுமே.

படம் 14. பேட்டரி ஷார்ட் சார்ஜ் மற்றும் ஷார்ட் டிஸ்சார்ஜ் ஆகும் போது டைனமிக் வோல்டேஜ் அல்காரிதம் சார்ஜ் நிலையின் செயல்திறன்

தற்போதைய உணர்திறன் பிழைகள் மற்றும் பேட்டரி சுய-வெளியேற்றம் காரணமாக கூலொம்ப் அளவீட்டு எரிபொருள் அளவு பொதுவாக தவறான சார்ஜ் நிலையை ஏற்படுத்தும் சூழ்நிலையுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​டைனமிக் வோல்டேஜ் அல்காரிதம் நேரம் மற்றும் மின்னோட்டத்தில் பிழைகளை குவிக்காது, இது ஒரு பெரிய நன்மை. சார்ஜ்/டிஸ்சார்ஜ் மின்னோட்டத்தைப் பற்றி எந்த தகவலும் இல்லாததால், டைனமிக் வோல்டேஜ் அல்காரிதம் மோசமான குறுகிய கால துல்லியம் மற்றும் மெதுவான மறுமொழி நேரத்தைக் கொண்டுள்ளது. கூடுதலாக, இது முழு சார்ஜ் திறனை மதிப்பிட முடியாது. இருப்பினும், இது நீண்ட கால துல்லியத்தின் அடிப்படையில் சிறப்பாக செயல்படுகிறது, ஏனெனில் பேட்டரி மின்னழுத்தம் இறுதியில் அதன் சார்ஜ் நிலையை நேரடியாக பிரதிபலிக்கும்.