La théorie de la charge et de la décharge du lithium et la conception de la méthode de calcul de l'électricité
2. Introduction au compteur de batterie
2.1 Présentation de la fonction du compteur d'électricité
La gestion de la batterie peut être considérée comme faisant partie de la gestion de l'alimentation.Dans la gestion de la batterie, le compteur électrique est chargé d'estimer la capacité de la batterie.Sa fonction de base est de surveiller la tension, le courant de charge/décharge et la température de la batterie, et d'estimer l'état de charge (SOC) et la capacité de charge complète (FCC) de la batterie.Il existe deux méthodes typiques pour estimer l'état de charge de la batterie : la méthode de la tension en circuit ouvert (OCV) et la méthode coulométrique.L'autre méthode est l'algorithme de tension dynamique conçu par RICHTEK.
2.2 Méthode de tension en circuit ouvert
Il est facile de réaliser le compteur d'électricité en utilisant la méthode de la tension en circuit ouvert, qui peut être obtenue en vérifiant l'état de charge correspondant de la tension en circuit ouvert.La tension en circuit ouvert est supposée être la tension aux bornes de la batterie lorsque la batterie est au repos pendant plus de 30 minutes.
La courbe de tension de la batterie variera en fonction de la charge, de la température et du vieillissement de la batterie.Par conséquent, un voltmètre à circuit ouvert fixe ne peut pas représenter pleinement l'état de charge;L'état de charge ne peut pas être estimé en consultant uniquement le tableau.En d'autres termes, si l'état de charge est estimé uniquement en consultant le tableau, l'erreur sera importante.
La figure ci-dessous montre que l'état de charge (SOC) d'une même tension de batterie est très différent selon la méthode de tension en circuit ouvert en charge et en décharge.
Figure 5. Tension de la batterie dans des conditions de charge et de décharge
On peut voir sur la figure ci-dessous que l'état de charge varie considérablement sous différentes charges pendant la décharge.Donc, fondamentalement, la méthode de la tension en circuit ouvert ne convient qu'aux systèmes qui nécessitent une faible précision de l'état de charge, tels que les voitures utilisant des batteries au plomb ou des alimentations sans coupure.
Figure 6. Tension de la batterie sous différentes charges pendant la décharge
2.3 Méthode coulométrique
Le principe de fonctionnement de la coulométrie est de connecter une résistance de détection sur le chemin de charge/décharge de la batterie.L'ADC mesure la tension sur la résistance de détection et la convertit en la valeur actuelle de la batterie en cours de charge ou de décharge.Le compteur en temps réel (RTC) peut intégrer la valeur actuelle avec le temps pour savoir combien de coulombs circulent.
Figure 7. Mode de fonctionnement de base de la méthode de mesure du coulomb
La méthode coulométrique peut calculer avec précision l'état de charge en temps réel pendant la charge ou la décharge.Avec le compteur de coulombs de charge et le compteur de coulombs de décharge, il peut calculer la capacité électrique résiduelle (RM) et la capacité de charge complète (FCC).En même temps, la capacité de charge restante (RM) et la capacité de charge totale (FCC) peuvent également être utilisées pour calculer l'état de charge (SOC=RM/FCC).De plus, il peut également estimer le temps restant, comme l'épuisement de puissance (TTE) et la plénitude de puissance (TTF).
Figure 8. Formule de calcul de la méthode coulombienne
Deux facteurs principaux sont à l'origine de l'écart de précision de la métrologie coulombienne.Le premier est l'accumulation d'erreur de décalage dans la détection de courant et la mesure ADC.Bien que l'erreur de mesure soit relativement faible avec la technologie actuelle, s'il n'y a pas de bonne méthode pour l'éliminer, l'erreur augmentera avec le temps.La figure ci-dessous montre qu'en pratique, s'il n'y a pas de correction dans la durée, l'erreur accumulée est illimitée.
Figure 9. Erreur cumulée de la méthode coulombienne
Afin d'éliminer l'erreur accumulée, il existe trois moments possibles dans le fonctionnement normal de la batterie : fin de charge (EOC), fin de décharge (EOD) et repos (Relax).La batterie est complètement chargée et l'état de charge (SOC) doit être de 100 % lorsque la condition de fin de charge est atteinte.La condition de fin de décharge signifie que la batterie a été complètement déchargée et que l'état de charge (SOC) doit être de 0 % ;Il peut s'agir d'une valeur de tension absolue ou varier avec la charge.Lorsqu'elle atteint l'état de repos, la batterie n'est ni chargée ni déchargée et reste longtemps dans cet état.Si l'utilisateur veut utiliser l'état de repos de la batterie pour corriger l'erreur de la méthode coulométrique, il doit utiliser un voltmètre à circuit ouvert à ce moment.La figure ci-dessous montre que l'erreur d'état de charge dans les conditions ci-dessus peut être corrigée.
Figure 10. Conditions d'élimination de l'erreur cumulée de la méthode coulométrique
Le deuxième facteur principal à l'origine de l'écart de précision de la méthode de mesure du coulomb est l'erreur de capacité de charge complète (FCC), qui correspond à la différence entre la capacité de conception de la batterie et la capacité de charge complète réelle de la batterie.La pleine capacité de charge (FCC) sera affectée par la température, le vieillissement, la charge et d'autres facteurs.Par conséquent, la méthode de réapprentissage et de compensation de la capacité entièrement chargée est très importante pour la méthode coulométrique.La figure ci-dessous montre la tendance de l'erreur SOC lorsque la capacité de charge complète est surestimée et sous-estimée.
Figure 11. Tendance d'erreur lorsque la pleine capacité de charge est surestimée et sous-estimée
Heure de publication : 15 février 2023