Akumuliatoriaus talpa yra vienas svarbiausių jo parametrų, rodantis, kiek energijos baterija gali sukaupti ir tiekti. Šiame straipsnyje nagrinėsime, kaip matuojama akumuliatoriaus talpa, kokie veiksniai ją lemia, ir kokius metodus galima naudoti jos įvertinimui.
Akumuliatoriaus talpos matavimas ir svarbūs veiksniai
Baterijos talpa paprastai matuojama kilovatvalandėmis (kWh), tai yra energijos vienetas. Talpa reiškia energijos kiekį, kurį baterija gali sukaupti. Akumuliatoriaus talpa nustatoma baterijos įtampą padauginus iš srovės, kurią ji gali tiekti.
Naudojamos baterijos tipas gali turėti didelės įtakos jos talpai. Temperatūra taip pat gali turėti įtakos akumuliatoriaus talpai. Akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo greitis gali turėti įtakos jo talpai. Kalbant apie atsinaujinančios energijos sistemas, baterijos talpa yra labai svarbi norint sukaupti saulės baterijų ar vėjo turbinų pagamintos energijos perteklių. Matuojant akumuliatoriaus talpą, taip pat reikia atsižvelgti į jos efektyvumą. Didesnio efektyvumo akumuliatorius galės sukaupti ir tiekti daugiau energijos, todėl tai bus efektyvesnis atsinaujinančios energijos kaupimo pasirinkimas.
Apibendrinant galima pasakyti, kad akumuliatoriaus talpa matuojama kilovatvalandėmis ir nustatoma pagal akumuliatoriaus talpą, kuriai įtakos turi tokie veiksniai kaip akumuliatoriaus tipas, temperatūra ir įkrovimo/iškrovimo greitis. Atsinaujinančios energijos naudojimo atveju, matuojant akumuliatoriaus talpą, svarbu atsižvelgti į energijos suvartojimą ir akumuliatoriaus efektyvumą.
Multimetro panaudojimas akumuliatoriaus talpai įvertinti
Griežtai tariant, multimetras gali matuoti tik srovę, įtampą ir varžą, bet ne talpą. Tačiau galite naudoti multimetrą, kad apytiksliai išmatuotų, ar ličio baterijos talpa yra nepakankama, tai yra, naudokite multimetro nuolatinės srovės diapazoną (geriausia - rodyklės matuoklį). Iškart išmatuokite teigiamą ir neigiamą akumuliatoriaus poliškumą. Jei skaitiklio rodoma srovė yra labai didelė, tai reiškia, kad baterija turi talpą. Jei rodoma srovė labai maža, akumuliatoriaus talpa yra nepakankama, tačiau šis metodas yra destruktyvus matavimo metodas. Tiesą sakant, tai prilygsta akumuliatoriaus trumpajam jungimui, kad būtų galima pasižiūrėti. Todėl atliekant matavimus reikia susisiekti su juo bet kuriuo metu. Visiškai ne ilgam. Kitu atveju net geras akumuliatorius.
Iš pradžių multimetras netinka ličio baterijų talpai matuoti, bet išmatuoti nėra neįmanoma, tiesiog neprofesionalu. Visiškai įkrovę akumuliatorių, palikite jį tuščią 2 valandas, išmatuokite tuščiosios eigos įtampą ir užrašykite. Prijunkite nedidelę lemputę arba rezistorių ir išmatuokite srovę. Srovę geriausia valdyti esant maždaug 1/10 talpos. Išmatuokite srovę kas 1 valandą. Taip pat galite išmatuoti įtampą ir konvertuoti ją į srovę. Kai jis pasiekia 3,2 V, kas 10 minučių išmatuokite srovę ir įtampą. Tai tikslesnis matavimas.
Tačiau kai kurie draugai naudos multimetrą, kad patikrintų akumuliatoriaus trumpojo jungimo srovę, kad apytiksliai įvertintų akumuliatoriaus talpą. Naudojant šį metodą tos pačios specifikacijos baterijų paketui susieti, efektas nėra blogas, tačiau kai kurios baterijos turi normalią atviros grandinės įtampą. Kai bus išmatuota trumpojo jungimo srovė, ji bus atskleista. Matuojant trumpojo jungimo srovę (jei srovės vertė atitinka multimetro ir akumuliatoriaus leidžiamą diapazoną), galima palyginti tik to paties tipo akumuliatoriaus galią.
Ličio jonų akumuliatoriaus įkrovos būsenos (SOC) matavimas
Ličio jonų akumuliatorių naudojimas yra plačiai paplitęs įvairiose srityse. Siekiant maksimaliai padidinti jų efektyvumą ir tarnavimo laiką, naudojamos akumuliatorių valdymo sistemos (BMS). Tačiau svarbu atkreipti dėmesį, kad pastaruoju metu pasiekta BMS technologijų pažanga lėmė padidėjusį energijos suvartojimą, o tai gali neigiamai paveikti akumuliatoriaus veikimą. Siekiant išspręsti šią problemą, buvo sukurtas novatoriškas metodas. Numatoma akumuliatoriaus įkrovos būsena (SOC) kalibruojama naudojant įvykių valdomą atviros grandinės įtampos (OCV) ir SOC kreivės ryšį. Šis metodas užtikrina tikslų SOC įvertinimą, tuo pačiu sumažinant energijos suvartojimą.
Siekiant patvirtinti šio metodo efektyvumą, buvo atliktas palyginimas su tradicinėmis BMS sistemomis. Rezultatai aiškiai rodo siūlomos sistemos pranašumą. Ji lenkia tradicines sistemas daugiau nei trečdaliu dydžio eilės pagal suspaudimo padidėjimą ir skaičiavimo efektyvumą. Svarbu tai, kad šis pagerintas našumas nepakenkia SOC įvertinimo tikslumui. Apibendrinant, siūloma sistema siūlo sprendimą sudėtingų BMS technologijų keliamiems iššūkiams. Naudodama įvykių valdomą OCV ir SOC kreivės ryšį, ji žymiai pagerina suspaudimo stiprinimą ir skaičiavimo efektyvumą. Šis novatoriškas metodas užtikrina efektyvų akumuliatoriaus panaudojimą ir ilgesnį tarnavimo laiką, nepakenkiant SOC įvertinimo tikslumui.
SOC įvertinimo apibrėžimas ir klasifikacija
Įkrovimo lygis (SOC) yra vienas svarbiausių akumuliatorių parametrų, tačiau jo apibrėžimas kelia daug įvairių klausimų. Paprastai akumuliatoriaus SOC apibrėžiamas kaip jo srovės talpos () ir nominalios talpos () santykis. Nominalią talpą nurodo gamintojas ir ji rodo maksimalų įkrovos kiekį, kurį galima sukaupti akumuliatoriuje. SOC galima apibrėžti taip:
Įkrovimo būsena (SOC) yra elektros akumuliatoriaus įkrovos lygis, palyginti su jo talpa. Iškrovimo gylis (SOC) matuojamas procentiniais punktais (0 % = tuščia; 100 % = pilna). Alternatyvi to paties matavimo forma yra iškrovimo gylis (DOD), atvirkštinis SOC rodiklis (100 % = tuščia; 0 % = pilna).
Metodai SOC įvertinimui
Yra keli būdai, kaip išmatuoti ličio jonų akumuliatoriaus įkrovos būseną (SOC) arba iškrovimo gylis (DOD) ličio baterijai. Kai kuriuos metodus yra gana sudėtinga įgyvendinti ir jiems reikalinga sudėtinga įranga (impedanso spektroskopija arba hidrometro matuoklis švino rūgšties baterijoms). Čia išsamiai apžvelgsime du dažniausiai pasitaikančius ir paprasčiausius akumuliatoriaus įkrovos būsenos įvertinimo metodus: įtampos metodą arba Atviros grandinės įtampa (OCV) ir Kulono skaičiavimo metodą.
1. SOC įvertinimas naudojant atvirosios grandinės įtampos metodą (OCV)
Visų tipų akumuliatoriai turi vieną bendrą bruožą: įtampa jų gnybtuose mažėja arba didėja priklausomai nuo jų įkrovos lygio. Įtampa bus didžiausia, kai akumuliatorius bus visiškai įkrautas, o mažiausia, kai jis išsikrovęs. Šis įtampos ir iškrovos lygio (SOC) ryšys tiesiogiai priklauso nuo naudojamos akumuliatoriaus technologijos. Pavyzdžiui, toliau pateiktoje diagramoje palyginamos švino akumuliatoriaus ir ličio jonų akumuliatoriaus iškrovos kreivės. Matyti, kad švino-rūgšties akumuliatoriai turi santykinai tiesinę kreivę, kuri leidžia gerai įvertinti įkrovos būseną: išmatuotai įtampai galima gana tiksliai įvertinti atitinkamos įkrovos būsenos vertę. Tačiau ličio jonų akumuliatorių iškrovimo kreivė yra daug plokštesnė, o tai reiškia, kad plačiame veikimo diapazone įtampa akumuliatoriaus gnybtuose kinta labai nežymiai.
Ličio geležies fosfato technologija turi plokščiausią iškrovos kreivę, todėl labai sunku įvertinti įkrovos lygį (SOC) paprastai matuojant įtampą. Iš tiesų, įtampos skirtumas tarp dviejų SOC verčių gali būti toks mažas, kad neįmanoma tiksliai įvertinti įkrovos būsenos. Žemiau pateiktoje diagramoje parodyta, kad 48 V švino-rūgšties akumuliatoriaus įtampos matavimo skirtumas tarp 40 % ir 80 % DOD vertės yra apie 6,0 V, o ličio-geležies-fosfato akumuliatoriaus - tik 0,5 V! Tačiau kalibruoti įkrovos indikatoriai gali būti naudojami specialiai ličio jonų akumuliatoriams apskritai ir ypač ličio geležies fosfato akumuliatoriams. Tikslus matavimas kartu su modeliuojama apkrovos kreive leidžia gauti SOC matavimus 10-15 % tikslumu.
2. SOC įvertinimas naudojant Kulono skaičiavimo metodą
Norint sekti akumuliatoriaus įkrovos būseną, intuityviausias būdas yra sekti srovę ją integruojant elemento naudojimo metu. Šis integravimas tiesiogiai parodo į akumuliatorių įpurškiamų arba iš jo ištrauktų elektros krūvių skaičių, todėl galima tiksliai įvertinti akumuliatoriaus įkrovos lygį. Skirtingai nuo OCV metodo, šis metodas gali nustatyti įkrovos būsenos evoliuciją akumuliatoriaus naudojimo metu. Norint atlikti tikslų matavimą, akumuliatorius nebūtinai turi būti ramybės būsenoje.
Norint užtikrinti tikslų srovės matavimą, svarbu pašalinti visas galimas paklaidas, kurios gali atsirasti dėl diskretizavimo dažnio. Nors srovės matavimas paprastai atliekamas naudojant tikslų rezistorių, vis tiek gali pasitaikyti nedidelių paklaidų. Šios paklaidos gali būti priskirtos diskretizavimo dažniui, kuris gali sukelti nedidelius netikslumus. Tačiau yra sprendimas, kaip ištaisyti šias paklaidas ir užtikrinti tikslius matavimus. Siekiant ištaisyti bet kokias ribines paklaidas, atsiradusias dėl diskretizavimo dažnio, Kulono skaitiklis yra perkalibruojamas kiekvieno apkrovos ciklo metu. Šis perkalibravimo procesas yra labai svarbus norint išlaikyti srovės matavimo tikslumą. Perkalibruojant Kulono skaitiklį, ištaisomos visos paklaidos, kurios galėjo atsirasti ankstesnio apkrovos ciklo metu, užtikrinant, kad vėlesni matavimai būtų tikslūs ir patikimi.
Įgyvendinant šį pakartotinio kalibravimo procesą, srovės matavimo tikslumas gerokai padidėja. Tai leidžia nustatyti ir ištaisyti bet kokias ribines paklaidas, kurios galėjo atsirasti dėl atrankos dažnio. Tai užtikrina, kad gauti matavimai yra labai tikslūs ir jais galima pasitikėti įvairiose srityse, pavyzdžiui, moksliniuose tyrimuose, pramoniniuose procesuose ar elektroninių grandinių projektavime.
Apibendrinant galima teigti, kad nors srovės matavimas naudojant tikslųjį rezistorių paprastai yra patikimas, dėl diskretizavimo dažnio vis tiek gali pasitaikyti nedidelių paklaidų. Tačiau perkalibravus Kulono skaitiklį kiekviename apkrovos cikle, šias ribines paklaidas galima ištaisyti. Tai užtikrina, kad gauti matavimai yra labai tikslūs ir jais galima pasitikėti įvairiose srityse. Įgyvendindami šį perkalibravimo procesą, galite būti tikri dėl savo srovės matavimų tikslumo ir patikimumo.
Ličio jonų Įkrovimo būsena (SOC)Kulono skaičiavimo metodu atliktas matavimas leidžia pasiekti mažesnę nei 1 % matavimo paklaidą, kuri leidžia labai tiksliai nustatyti akumuliatoriuje likusią energiją. Skirtingai nuo OCV metodo, Kulono skaičiavimas nepriklauso nuo akumuliatoriaus energijos svyravimų (dėl kurių sumažėja akumuliatoriaus įtampa), o tikslumas išlieka pastovus, nepriklausomai nuo akumuliatoriaus naudojimo.
Baterija 101: Ličio jonų baterijos veikimo pagrindai
Kiti akumuliatoriaus talpos matavimo metodai
Yra profesionalūs baterijų skyriai, kurie naudoja specializuotą įrangą akumuliatoriaus talpai matuoti. Jei tai yra asmuo, galima naudoti reguliuojamą apkrovos varžą ir nuolatinės srovės maitinimo šaltinį su reguliuojama srove, kad galėtumėte apskaičiuoti akumuliatoriaus talpą pagal įkrovimo ir iškrovimo laiką. Formulė yra tokia: Įkrovimo srovės įkrovimo laikas = akumuliatoriaus talpa (įkrovimas nuo 2,7 V arba 3.0V iki 4,2 V) arba iškrovimo srovės iškrovimo laikas = akumuliatoriaus talpa (iškrova nuo 4,2 V iki 2,7 V arba 3,0 V).
Pirmasis metodas: pilnai įkrauti akumuliatorių iki vardinės įtampos (dažniausiai 4,2 V). Antrasis veiksmas - iškrauti akumuliatorių iki vardinės įtampos ir įrašyti išsikrovusios galios kiekį, paprastai įtampa yra 3,0 V. Trečias veiksmas: įkraukite akumuliatorių iki normalaus kiekio, paprastai nustatykite į 3,8 V-4.0V. Antrame žingsnyje įrašyta talpa yra akumuliatoriaus talpa.
Trečias būdas: Galios matuoklio integravimo funkcija gali būti naudojama norint išmatuoti įrenginiui reikalingą ličio baterijos talpą. Ličio baterijos talpai matuoti dažniausiai naudojamas PA310 Zhiyuan galios matuoklis.
tags: #akumuliatoriu #talpumo #matuoklis