Teori pengisian dan pengosongan Litium & desain metode perhitungan listrik
2. Pengantar meteran baterai
2.1 Pengenalan fungsi meteran listrik
Manajemen baterai dapat dianggap sebagai bagian dari manajemen daya.Dalam manajemen baterai, meteran listrik bertanggung jawab untuk memperkirakan kapasitas baterai.Fungsi dasarnya adalah untuk memantau voltase, arus pengisian/pengosongan, dan suhu baterai, serta memperkirakan status pengisian daya (SOC) dan kapasitas pengisian penuh (FCC) baterai.Ada dua metode tipikal untuk memperkirakan status pengisian baterai: metode tegangan sirkuit terbuka (OCV) dan metode koulometrik.Metode lainnya adalah algoritma tegangan dinamis yang dirancang oleh RICHTEK.
2.2 Metode tegangan rangkaian terbuka
Sangat mudah untuk mewujudkan meteran listrik menggunakan metode tegangan rangkaian terbuka, yang dapat diperoleh dengan memeriksa status pengisian tegangan rangkaian terbuka yang sesuai.Tegangan rangkaian terbuka diasumsikan sebagai tegangan terminal baterai ketika baterai diam selama lebih dari 30 menit.
Kurva voltase baterai akan bervariasi dengan beban, suhu, dan penuaan baterai yang berbeda.Oleh karena itu, voltmeter sirkuit terbuka tetap tidak dapat sepenuhnya mewakili keadaan muatan;Status muatan tidak dapat diperkirakan dengan melihat tabel saja.Dengan kata lain, jika status muatan diperkirakan hanya dengan melihat tabel, kesalahannya akan besar.
Gambar di bawah ini menunjukkan bahwa kondisi pengisian (SOC) dari tegangan baterai yang sama sangat berbeda dengan metode tegangan sirkuit terbuka saat pengisian dan pengosongan.
Gambar 5. Tegangan baterai dalam kondisi pengisian dan pengosongan
Dapat dilihat dari gambar di bawah ini bahwa keadaan muatan sangat bervariasi di bawah beban yang berbeda selama pengosongan.Jadi pada dasarnya, metode tegangan sirkuit terbuka hanya cocok untuk sistem yang membutuhkan akurasi rendah dari kondisi pengisian daya, seperti mobil yang menggunakan baterai timbal-asam atau catu daya tak terputus.
Gambar 6. Tegangan baterai di bawah beban yang berbeda selama pengosongan
2.3 Metode koulometri
Prinsip pengoperasian koulometri adalah menghubungkan resistor deteksi pada jalur pengisian/pengosongan baterai.ADC mengukur voltase pada resistansi deteksi dan mengubahnya menjadi nilai arus baterai yang sedang diisi atau dikosongkan.Penghitung waktu nyata (RTC) dapat mengintegrasikan nilai arus dengan waktu untuk mengetahui berapa coulomb yang mengalir.
Gambar 7. Cara kerja dasar metode pengukuran coulomb
Metode koulometri dapat secara akurat menghitung status pengisian waktu nyata selama pengisian atau pengosongan.Dengan penghitung coulomb muatan dan penghitung coulomb pengosongan, ia dapat menghitung kapasitas listrik sisa (RM) dan kapasitas muatan penuh (FCC).Pada saat yang sama, sisa kapasitas muatan (RM) dan kapasitas muatan penuh (FCC) juga dapat digunakan untuk menghitung status muatan (SOC=RM/FCC).Selain itu, juga dapat memperkirakan sisa waktu seperti power exhaustion (TTE) dan power fullness (TTF).
Gambar 8. Rumus Perhitungan Metode Coulomb
Ada dua faktor utama yang menyebabkan penyimpangan akurasi metrologi coulomb.Yang pertama adalah akumulasi kesalahan offset dalam penginderaan arus dan pengukuran ADC.Meskipun kesalahan pengukuran relatif kecil dengan teknologi saat ini, jika tidak ada metode yang baik untuk menghilangkannya, kesalahan tersebut akan meningkat seiring waktu.Gambar di bawah ini menunjukkan bahwa dalam aplikasi praktis, jika tidak ada koreksi dalam durasi waktu, kesalahan yang terakumulasi tidak terbatas.
Gambar 9. Galat kumulatif metode coulomb
Untuk menghilangkan akumulasi kesalahan, ada tiga kemungkinan titik waktu dalam pengoperasian normal baterai: akhir pengisian (EOC), akhir pengosongan (EOD) dan istirahat (Relax).Baterai terisi penuh dan status pengisian daya (SOC) harus 100% saat kondisi akhir pengisian tercapai.Kondisi akhir pengosongan berarti baterai telah benar-benar habis dan status pengisian daya (SOC) harus 0%;Ini bisa berupa nilai tegangan absolut atau berubah dengan beban.Saat mencapai kondisi istirahat, baterai tidak diisi atau dikosongkan, dan tetap dalam kondisi ini untuk waktu yang lama.Jika pengguna ingin menggunakan keadaan sisa baterai untuk memperbaiki kesalahan metode coulometric, ia harus menggunakan voltmeter sirkuit terbuka saat ini.Gambar di bawah ini menunjukkan bahwa kesalahan pengisian daya pada kondisi di atas dapat diperbaiki.
Gambar 10. Kondisi untuk menghilangkan galat kumulatif metode koulometri
Faktor utama kedua yang menyebabkan penyimpangan akurasi metode pengukuran coulomb adalah kesalahan kapasitas muatan penuh (FCC), yang merupakan perbedaan antara kapasitas desain baterai dan kapasitas muatan penuh sebenarnya dari baterai.Kapasitas muatan penuh (FCC) akan dipengaruhi oleh suhu, penuaan, beban, dan faktor lainnya.Oleh karena itu, pembelajaran ulang dan metode kompensasi kapasitas terisi penuh sangat penting untuk metode koulometri.Gambar di bawah menunjukkan tren kesalahan SOC saat kapasitas muatan penuh dilebih-lebihkan dan diremehkan.
Gambar 11. Tren kesalahan saat kapasitas pengisian penuh dilebih-lebihkan dan diremehkan
Waktu posting: Feb-15-2023