Şarj durumu - State of charge

Şarj durumu ( SoC ), bir elektrik pilinin kapasitesine göre şarj seviyesidir . SoC birimleri yüzde puanlarıdır (%0 = boş; %100 = dolu). Aynı ölçünün alternatif bir biçimi de deşarj derinliğidir ( DoD ) , SoC'nin tersidir (%100 = boş; %0 = dolu). SoC normalde kullanımdaki bir pilin mevcut durumu tartışılırken kullanılırken, DoD en çok tekrarlanan kullanımdan sonra pilin ömrü tartışılırken görülür.

Bir akülü elektrikli araçta (BEV), hibrit araçta (HV) veya plug-in hibrit elektrikli araçta (PHEV), pil takımı için SoC , bir yakıt göstergesine eşdeğerdir . Özellikle plug-in hibrit araçlarda, herhangi bir araç gösterge panelinde bir gösterge veya yüzde değeri olarak sunulan şarj durumunun gerçek bir şarj seviyesini temsil etmeyebileceğini belirtmek önemlidir. Bu özel durumda, elektrik pilinde depolanan belli bir miktar enerji gösterge panelinde gösterilmez ve hibrit çalışma operasyonları için ayrılmıştır . Bir aracın esas olarak akü enerjisini kullanan elektrik motorları ile hızlanmasını sağlarken, motor bir jeneratör görevi görerek aküyü bu işlem için gereken minimum seviyeye şarj etmek için kullanılır. Bu tür arabalara örnek olarak Mitsubishi Outlander PHEV (tüm versiyonlar/üretim yılı) verilebilir; burada sürücüye sunulan şarj durumunun %0'ı gerçek bir %20-22 şarj seviyesidir (izin verilen en düşük şarj seviyesi olarak sıfır seviyesi varsayılırsa). araba üreticisi tarafından). Bir diğeri, SOC'nin yaklaşık %6'sının PHEV benzeri işlemler için ayrıldığı BMW i3 REX'tir (Range Extender versiyonu). Teslas onların SoC bazı arasına söyleyerek, az% 95 olması gerektiğini ifade etmişlerdir % 30 -80% . Bunu destekleyecek bazı veriler de var.

SoC'yi belirleme

Genellikle, SoC doğrudan ölçülemez, ancak doğrudan ölçüm değişkenlerinden iki şekilde tahmin edilebilir: çevrimdışı ve çevrimiçi. Çevrimdışı tekniklerde pil, Coulomb sayımı gibi sabit hızda şarj ve deşarj olmak ister. Bu yöntem, pil SoC'sinin kesin bir tahminini verir, ancak bunlar uzun sürer, maliyetlidir ve ana pil performansını kesintiye uğratır. Bu nedenle, araştırmacılar bazı çevrimiçi teknikler arıyorlar. Genel olarak SoC'yi dolaylı olarak belirlemek için beş yöntem vardır:

  • kimyasal
  • Voltaj
  • mevcut entegrasyon
  • Kalman filtreleme
  • baskı yapmak

kimyasal yöntem

Bu yöntem, yalnızca sızdırmaz kurşun asit piller gibi sıvı elektrolitlerine erişim sağlayan pillerle çalışır. Özgül ağırlığı ya da pH elektrolit bataryanın SoC'u belirtmek için kullanılabilir.

Bir pilin özgül ağırlığını hesaplamak için hidrometreler kullanılır. Özgül ağırlığı bulmak için elektrolitin hacmini ölçmek ve tartmak gerekir. Daha sonra özgül ağırlık (elektrolit kütlesi [g]/ elektrolit hacmi [ml])/ (Suyun Yoğunluğu, yani 1g/1ml) ile verilir. SoC'yi özgül ağırlıktan bulmak için, SG'ye karşı SoC'nin bir arama tablosuna ihtiyaç vardır.

Daha yakın zamanlarda daldırma refraktometrisinin, şarj durumunun sürekli izlenmesi için uygun bir yöntem olduğu gösterilmiştir. Pil elektrolitinin kırılma indisi, hücre elektrolitinin özgül ağırlığı veya yoğunluğu ile doğrudan ilişkilidir. Sensörler, cilt 22, no.1, s. 10, Ocak 2005, ABD patenti 10,145,789.

Gerilim yöntemi

Bu yöntem, pilin bilinen deşarj eğrisini (voltaj vs. SoC) kullanarak pil voltajı okumasını SoC'ye dönüştürür . Bununla birlikte, voltaj, pil akımından (akünün elektrokimyasal kinetiğinden dolayı ) ve sıcaklıktan daha fazla etkilenir . Bu yöntem, voltaj okumasını pil akımıyla orantılı bir düzeltme terimiyle ve pilin açık devre voltajına karşı sıcaklık arama tablosunu kullanarak telafi ederek daha doğru hale getirilebilir.

Aslında, SoC ne olursa olsun mümkün olduğunca sabit bir voltaj sağlamak pil tasarımının belirtilen bir hedefidir, bu da bu yöntemin uygulanmasını zorlaştırır.

Mevcut entegrasyon yöntemi

" Coulomb sayımı" olarak da bilinen bu yöntem, pil akımını ölçerek ve zamana entegre ederek SoC'yi hesaplar . Hiçbir ölçüm mükemmel olamayacağından, bu yöntem uzun süreli sapmadan ve bir referans noktası eksikliğinden muzdariptir: bu nedenle, SoC, örneğin bir şarj cihazı bunu belirlediğinde SoC'yi %100'e sıfırlamak gibi, düzenli olarak yeniden kalibre edilmelidir. pil tamamen şarj edilmiştir (burada açıklanan diğer yöntemlerden biri kullanılarak).

Kombine yaklaşımlar

Maxim Integrated , tek başına her iki yöntemden de üstün olduğu iddia edilen birleşik bir voltaj ve şarj yaklaşımı sunar; örneğin Nexus 6 ve Nexus 9 Android cihazlarda kullanılan MAX17050 gibi ModelGauge m3 serisi yongalarında uygulanmaktadır .

Kalman filtreleme

Gerilim yönteminin ve akım entegrasyon yönteminin eksikliklerini gidermek için bir Kalman filtresi kullanılabilir. Batarya, Kalman filtresinin akımdan kaynaklanan aşırı voltajı tahmin etmek için kullanacağı bir elektrik modeli ile modellenebilir. Coulomb sayımı ile birlikte, şarj durumunun doğru bir tahminini yapabilir. Kalman filtresinin gücü, pil voltajına ve Coulomb sayımına olan güvenini gerçek zamanlı olarak ayarlayabilmesidir.

Basınç yöntemi

Bu yöntem , pil şarj edildiğinde iç basıncı hızla artan belirli NiMH pillerle kullanılabilir . Daha yaygın olarak, bir basınç anahtarı, pilin tamamen dolu olup olmadığını gösterir. Bu yöntem , şarj/deşarj oranı veya amperin bir fonksiyonu olan Peukert yasası dikkate alınarak geliştirilebilir .

Ayrıca bakınız

Referanslar