Aku mahtuvuse tegurid ja mõõtmismeetodid

Autor: Iflowpower – Kaasaskantava elektrijaama tarnija

Pärast mobiiltelefoni väljatulekut on laetav aku ja sellega seotud võimsusnäidik muutunud meie infoühiskonna lahutamatuks osaks. Meie jaoks on need sama olulised kui autokütuse indikaator, millel on olnud viimase 100 aasta jooksul oluline kasutus. Ainus erinevus seisneb selles, et juht ei talu ebatäpseid kütusejuhiseid, samas kui mobiiltelefoni kasutajad tahavad saada suurt täpsust.

Kõrge eraldusvõimega võimsusnäidik. Pärast paljude tehniliste probleemide lahendamist kuni 1997. aasta liitiumioonaku masstootmiseni. Kuna on võimalik pakkuda suurimat energiatihedust (mahutihedust ja kaalutihedust), kasutatakse neid laialdaselt erinevates süsteemides alates mobiiltelefonidest kuni elektrisõidukiteni.

Liitiumioonakudel on mõned põhifunktsioonid, mis mõjutavad võimsust, akukomplekt peab sisaldama erinevaid turvamehhanisme, et vältida aku ülelaadimist, sügavtühjenemist või vastupidist ühendamist. Kuna liitiumelement on väga aktiivne, on olemas plahvatusoht, mistõttu liitiumioonaku ei puutu kokku kõrge temperatuuriga keskkonnaga. Liitiumioonaku anood koosneb karbiidist ja katood metalloksiidist ning liitium on lisatud võre väikseimale riknemismeetodile.

Seda protsessi nimetatakse implanteerimiseks. Metallliitiumil on tugev reaktsioon veega, nii et liitiumioonaku kasutab elektrolüüdina mittevedelat orgaanilist liitiumisoola. Liitiumioonaku laadimisel kantakse liitiumiaatom elektrolüüdi kaudu anoodile üle.

Aku mahutavus on kõige olulisem parameeter (välja arvatud pinge) mahutavus, ühikuks on mAh (MAH), selle tähendus on aku poolt antav maksimaalne võimsus. Tootja tähenduses on mahutavus aku väärtus konkreetsetel tühjenemistingimustel, kuid aku muutub pärast aku eksportimist. Aku mahutavus on seotud aku temperatuuriga (joon.

1) ja ülemine kõver näitab konstantse voolu konstantse rõhu protsessi erinevatel temperatuuridel erinevatel temperatuuridel. Nagu kõveralt näha, saab akut laadida 20% võrra kõrgematel temperatuuridel võrreldes laadimisandmetega -20 °C juures. Joonise 1 all olevad kaks kõverat näitavad, et temperatuuri mõjutab rohkem temperatuur ja need kõverad näitavad täielikku akut, et tühjendada järelejäänud elektrienergiat kahe erineva tühjendusvooluga, nendest kahest Kõveralt on näha, et aku jääkvõimsus on seotud tühjendusvooluga.

Antud temperatuuril ja tühjenemiskiirusel on liitiumioonaku võimsus, mida on võimalik saada, vahe ülemise kõvera ja alumise vastava kõvera vahel. Seega, kui madal temperatuur või suur vool tühjeneb, väheneb liitiumioonaku võimsus oluliselt. Madalatel temperatuuridel või suure voolu tühjenemise korral on aku järelejäänud maht suur ja seda saab tühjendada väiksema vooluga samal temperatuuril.

Elektrolüüdis sisalduvate segatud lisandite tõttu toimub aku sees soovimatu keemiline reaktsioon, mille tulemuseks on elektrikadu. Tavalise aku tüüpiline isetühjenemise suhe toatemperatuuril on näidatud tabelis 1. Keemilise reaktsiooni kiirust mõjutab temperatuur, seega on isetühjenemine seotud temperatuuriga.

Erinevat tüüpi akude puhul saab isetühjenemist modelleerida paralleeltakistusega, mis tarbib lekkevoolu. Aku mahutavus väheneb uue laadimis- ja tühjenemise arvuga, mis on kvantifitseeritud tööea järgi, st aku enne, kui selle maht langeb 80% -ni esialgsest 80% tühjenemisest. Tüüpiliste liitiumioonakude tööiga on 300–500 laadimis-/tühjenemiskorda.

Liitiumioonaku eluiga mõjutab ka aeg, olenemata sellest, kas või mitte, hakkab selle võimsus pärast tehast tasapisi vähenema. 25 ° C juures võib see efekt põhjustada täielikult täidetud aku kaotuse 20% aastas; kaotus 35% temperatuuril 40 ° C. Täielikult laemata aku puhul on see vananemisprotsess aeglasem: 25 ° C, aku jääk 40% kaob aastas umbes 4% elektrienergia kogusest.

Aku andmejuhend määrab tühjenemise iseloomukõvera teatud tingimustel, millest üks mõjutab aku pinget on koormusvool. Koormusvoolu ei saa aga modelleerida läbi lihtsa allikatakistuse, sest takistus sõltub muudest parameetritest, näiteks aku vananemisest ja elektritasemest. Võrreldes originaalakuga on laetaval liitiumioonakul väga lame tühjenduskõver.

Süsteemi arendajad eelistavad seda funktsiooni, kuna aku poolt pakutav pinge on praktiliselt muutumatu. Aku tühjenemisel on aga aku pinge peaaegu seotud allesjäänud võimsusega. Lihtne ei võrdu "otseteega" aku saadaoleva võimsuse määramiseks, esmalt on vaja lihtsat tuvastamismeetodit, tuvastusahel tarbib ainult jälgi energiatarbimist, võimaldades kasutajal arvutada elektritaseme aku pinge järgi (ideaalne).

Kuna aga pinge ja elektri vahel puudub selge seos, võivad aku pingete tuvastamise tulemused olla ebausaldusväärsed. Lisaks sõltub aku pinge koormusvoolu alandamisel ka temperatuurist ja dünaamilisest vabastusefektist (mis muudab lõpppinge veidi aeglaseks). Seetõttu on lihtsa pinge tuvastamise meetodiga raske tagada, et võimsuse jälgimise täpsus oleks suurem kui 25%.

Suhtelist võimsustaset nimetatakse sageli laadimisolekuks (SOC), mis viitab järelejäänud võimsuse ja aku mahtuvuse suhtele. Selle parameetri määramine on sissevoolu jälgimine, laengu kogusest väljavool - nn "kulombomeetri" meetod. Tegelik kulon saavutatakse akust välja ja sealt välja voolava voolu akumuleerimisega.

Kui voolu mõõdetakse kõrge eraldusvõimega ADC-ga, kasutatakse tavaliselt väikese takistuse ja aku anoodiga järjestikku. Kuna funktsioonide seos aku SOC ja mõnede ülalmainitud parameetrite vahel, tuleb aku mahutavus määrata vastavate kogemuste põhjal. Hetkel puudub üksikasjalik (piisava täpsusega) analüüsimudel konkreetsete töötingimuste (nt temperatuur, laeng, vool jne) võimsuse arvutamiseks.

). Teoreetiline mudel sobib ainult tingimuste määramiseks, suhteliste laadimistasemete saamiseks kasutatakse neid mudeleid konkreetsete tingimuste ja üldise kalibreerimise jaoks. Piisavalt kõrge võimsuse mõõtmise täpsuse saavutamiseks tuleb mudeli parameetreid pidevalt kalibreerida - kasutades nn võimsuse "õppimise" režiimi, kulonidega saab selle meetodiga muuta võimsuse mõõtmise täpsuse mitme protsendipunktini.

Elektriline mõõtmismeetod Erinevat tüüpi, konfiguratsiooni ja rakendustega laetavate akude kohta saavad kaasaegsed integraallülitused määrata nende SOC-i. Vaatamata väikesele toiteallika tarbimisele (60 mA tarbimisrežiim, puhkerežiimi tarbimine on 1 mA), suudavad need kiibid siiski saavutada suurema täpsuse. Elektriline kvantmeetri kiip on jagatud kolme tüüpi (tabel 2), kuna liitiumioonaku on enamiku rakenduste jaoks eelistatud valik, mis on näide liitiumioon- ja liitiumpolümeeraku võimsuse mõõtmise ahelast.

Coulombau, tuntud ka kui akumonitor, teisendus mõõtmiseks, loendamiseks ja aku parameetrite, sealhulgas elektrienergia, temperatuuri, pinge, laadimisnumbri jne jaoks. Coulombia ei saa mõõta muutujaid, pole intelligentsust. Seda tüüpi kiibis olev DS2762 sisaldab ülitäpseid 25MΩ paisutatud takisteid, suudab jälgida ka temperatuuri, aku pinget ja voolu, suhelda 1-juhtmelise siini kaudu, võimaldades akul või akuplokis või hostsüsteemis oleval mikrokontrolleril kõiki andmeid lugeda.

Saate moodustada paindliku odava süsteemi, kuid peate mõistma olulisi taustateadmisi ja tegema teatud arendustööd, tarkvara, mudelid ja IC-müüjate pakutav tugi võivad arenduskulusid vähendada. Teine meetod on kasutada võimsusmõõturit quaguity arvutamiseks, mis suudab käivitada elektrimõõtmisi õppealgoritmide ja kõigi vajalike mõõtmistega. Nutikad akud kasutavad tavaliselt automaatse jälgimise teostamiseks võimsusmõõtureid, kasutades vähem integreeritud võimsusmõõturite kasutamiseks vajalikku arendustööd, mis aitab lühendada tooteloetelu aega.

DS2780 on täielikult integreeritud võimsusmõõtur, mis võimaldab hostil lugeda SOC-i 1-juhtmelise siini kaudu ja varustab liitiumioonaku jaoks vajalikku ohutuskaitseahelat. Teine võimalus on kasutada programmeeritavat võimsusmõõturit, mis sisaldab mikrokontrollerit, mis võib pakkuda märkimisväärset paindlikkust. Näiteks MAX1781, RISC-tuuma, E2PROM ja RAM-i sisemine integratsioon.

Arendajad saavad saavutada aku modelleerimise, võimsusmõõdiku programmeerimise ja vajalikud mõõtmised. Lihtsa ja täpse SOC-näidiku saab rakendada sisemise LED-draivi abil. Järeldus Mitme omavahel seotud parameetri mõjul muutub laetavate akude elektrienergia mõõtmine keeruliseks ülesandeks.

Lihtne mõõtmine ei anna täpseid tulemusi, seda saab kasutada ainult mõne ebaolulise rakenduse puhul. Valmis elektriarvestit kasutades on võimalik saavutada ülitäpne ja usaldusväärne elektriarvestus.