Métodos tradicionales de control de la potencia de las baterías

Aprovecha al máximo la capacidad disponible de la batería

El objetivo principal de la monitorización de la energía de la batería es maximizar el uso de la capacidad de la batería. En general, es difícil que utilicemos 100% de la capacidad de la batería. ¿Por qué?

Aquí hay dos factores. En primer lugar, al cargar, es difícil que la tensión de carga sea exactamente la tensión de carga completa de la batería. Normalmente, para evitar que la batería se sobrecargue, el error de la tensión de carga se sesga a la baja. Es decir, el voltaje de carga de la batería puede ser o, de modo que si se carga a este bajo voltaje de carga, la capacidad cargada puede llegar a ser menor.

Además, debido a la inexactitud de la monitorización de la potencia de la batería, los usuarios pueden estimar la potencia de forma conservadora por seguridad y para evitar la pérdida de datos debido a problemas críticos repentinos, es decir, cuando la potencia real de la batería no ha llegado a 0%, informará a 0% por adelantado, deje que el sistema se apague por adelantado, a fin de evitar la pérdida de datos del usuario. Por supuesto, la experiencia del usuario siente que la capacidad de la batería se ha reducido, lo cual es una desventaja.

La consecuencia de esto es también que la capacidad de la batería no se puede utilizar en su totalidad. La tecnología de monitorización de la potencia de la batería consiste en maximizar la monitorización de la potencia de la batería, para que el usuario pueda utilizar la capacidad actual de la batería en la mayor medida posible; esta sección azul se refiere en realidad a la capacidad efectiva de la batería. Nuestra tecnología consiste en ampliar o reducir al máximo la capacidad efectiva real.

Indicador de combustible tradicional

Este es un diagrama de bloques de un pack de baterías tradicional para aplicaciones portátiles monocelulares. El indicador de combustible está situado en el lateral del pack de baterías para supervisar continuamente el funcionamiento de la batería y proporcionar información sobre la capacidad restante o el tiempo de funcionamiento al host a través del protocolo I2C o de un solo cable.

Sin embargo, cuando el ciclo de vida de la batería llegó a su fin, tuvimos que tirar el pack de baterías a pesar de que el indicador de combustible seguía en buen estado. Nos vimos obligados a comprar otro pack de baterías con indicador de combustible, lo que incrementó el coste para el usuario final. ¿Podemos poner indicadores de combustible en el lado del host para minimizar los costes?

La tecnología tradicional de control de la potencia del pack de baterías tiene una estructura de este tipo, y el chip de control de la potencia se coloca generalmente en el pack de baterías. También hay un protector que controla el tubo MOS. Este protector conmuta el MOS para proteger la célula de la batería cuando ésta se sobrecarga o se sobredescarga.

Generalmente, se coloca un termistor en el pack de baterías para monitorizarlo. Temperatura, excepto que el lado izquierdo se refiere a la placa del sistema del teléfono móvil o tableta, el chip de gestión de energía y el procesador del host están relacionados principalmente con el indicador de combustible en esta placa del sistema. El procesador del host es por lo general a través de I2C o de un solo cable. HDQ bus para leer la información de energía en el indicador de combustible.

En el caso de conocer esta información sobre la potencia, se decide cuánto tiempo queda hasta que la batería se descargue por completo. Algunos usuarios pueden preguntar al usuario si la potencia actual es suficiente cuando quieren hacer determinadas cosas, se trata de una solución tradicional, es decir, una solución que coloca el indicador de combustible en el paquete de baterías. Los principales dispositivos de TI en este sentido son los dos chips principales BQ27541 y BQ27545.

BQ27441, esta es una solución relativamente económica; también tenemos BQ27741, que es una solución que combina un indicador de combustible y un protector; BQ28z560, que también es una solución que incluye un indicador de combustible y un protector.

Indicador de combustible de seguimiento de la impedancia del lado del sistema

En este esquema, el indicador de combustible está en el lado del host para minimizar el coste del pack de baterías. De esta forma, no tenemos que comprar otro conjunto de componentes electrónicos en el pack de baterías cuando se acabe la vida útil de éste.

Con el avance de la tecnología, o la introducción de la tecnología de seguimiento de impedancia de TI, ahora existe una aplicación de este tipo, en la que el indicador de combustible se coloca en el lado de la placa principal del dispositivo, y sólo hay un protector y un tubo MOS en el lado de la batería. Hay un termistor, y por supuesto hay una batería en él, ¿cuál es el beneficio de esto?

El coste del pack de baterías se reduce considerablemente, y el proveedor del pack de baterías es más fácil de encontrar, ya que trasladó el indicador de combustible del pack de baterías al lado del host, por lo que una solución de este tipo es ahora factible. TI también proporciona soporte para este 2 programas son compatibles.

También existe el BQ28z550. Esta solución consiste en colocar el medidor de combustible en la placa del sistema del dispositivo portátil, de modo que el paquete de baterías no necesita un medidor de descarga, lo que puede reducir el coste del paquete de baterías y facilitar la búsqueda de proveedores. Este TI Los principales medidores de combustible son BQ27510, BQ27520, BQ27441 también se puede utilizar en esta ocasión, así como BQ27425, BQ27421 ... y así sucesivamente.

¿Cuáles son las funciones del indicador de combustible?

Comunicación entre la batería y el usuario

- Medición:

-Tensión de la batería

- Corriente de carga o descarga

- Temperatura

- Proporcionar:

- Autonomía y capacidad restante de la batería

- Información sobre el estado de la batería

- Gestión global de la energía de la batería (modo de trabajo)

¿Cuáles son las principales funciones del medidor de electricidad? En primer lugar, el medidor de combustible debe completar la comunicación entre el sistema y la batería. El sistema necesita saber cuánta energía tiene la batería, y necesita comunicarse con el medidor de combustible vía bus. Acabo de mencionar que se obtiene la comunicación por bus I2C y HDQ de un solo cable. Durante el proceso de comunicación , ¿Qué información puede obtener el sistema?

La primera es la información analógica medida, como el voltaje de la batería, el nivel de carga de la batería y la corriente de descarga, y la temperatura de la batería. Esta información analógica básica se utiliza como un indicador de combustible, es más importante proporcionar información sobre la capacidad de la batería,

Es decir, la capacidad restante de la batería, el tiempo de funcionamiento de la batería, y la información sobre el estado de salud de la batería, y la otra es que el propio chip debe ser capaz de completar la transición del estado de trabajo, es decir, debe cambiar del modo de trabajo normal, pasar al modo de bajo consumo de energía, realizar este tipo de cambio, ¿lograr qué propósito? lograr el propósito de ahorrar energía.

Cómo instalar un indicador de combustible

¿Cómo controlar la potencia?

El primer método es la supervisión de la potencia basada en la tensión. El porcentaje de potencia o capacidad se considera en función de la tensión de la batería. Se trata de una fórmula obtenida a partir de la experiencia. Por supuesto, la expresión de esta función en sí no tiene que ser Para obtenerla, basta con obtener una tabla correspondiente a la tensión en circuito abierto y al porcentaje de capacidad, y los datos entre cada punto de esta tabla pueden obtenerse por el método de compensación de diferencias.

Otro método es el recuento de culombios, que es una energía que se obtiene integrando la corriente cargada en la batería o descargada de la batería. Podemos pensar en la batería como el depósito de combustible de nuestro coche. Cuánto aceite se llena en este depósito y cuánto aceite se libera puede calcular cuánto combustible queda en él. Se trata también de un algoritmo relativamente intuitivo basado en la experiencia vital.

Ahora, el último algoritmo es el de seguimiento de la impedancia. De hecho, este algoritmo se basa en la medición en tiempo real de la resistencia interna de la batería para obtener su capacidad. Su fórmula es la fórmula de la figura, que se acaba de enumerar, es decir, la tensión terminal V Es igual a la tensión de circuito abierto de la batería menos la corriente multiplicada por la resistencia interna de la batería. Esta corriente se refiere a la corriente total que entra o sale de la batería.

Indicador de combustible basado en la tensión

Presentemos primero el indicador de combustible basado en la tensión. Esta imagen es la curva de tensión en circuito abierto de una batería. La idea básica de este método es utilizar diferentes números de rejilla para representar la capacidad de la batería para diferentes voltajes. Por ejemplo, utilice 4 cuando rejilla para indicar que se trata de una batería llena. Cuando pueda utilizar 3 rejillas para indicar la capacidad de la batería, utilice 2 rejillas.

Es posible utilizar 1 rejilla para representar la capacidad de la batería, es decir, utilizar diferentes números de rejilla que correspondan a diferentes voltajes de batería para representar la capacidad de la batería. Este método es relativamente impreciso, y suele utilizarse en las primeras pilas de gama baja. teléfonos, o las cámaras digitales de los primeros tiempos. ¿Cuál es el problema de este método?

Es decir, cuando la corriente fluctúa, saltará hacia arriba y hacia abajo. Por ejemplo, si tengo una corriente de descarga, o si la corriente es relativamente grande, se puede ver la flecha roja durante el proceso de descarga. Si la corriente En este punto de repente disminuye, o de repente me convierto en 0,

Obviamente, esta tensión subirá. Si la tensión sube en general hasta este punto, su número de rejilla se convertirá en 2 rejillas. Cuando baja, el cambio será más obvio. Cuando baja, el número de rejillas de la batería puede estar Cerca de 0 rejillas o usar color rojo para indicar el número de rejillas de la batería, el salto en este momento cambiará de color rojo a 2 rejillas, y saltará de un lado a otro en este momento. Si la corriente cambia,

Por ejemplo, acaba de llamar y se ha parado aquí, y a la batería le quedan 2 celdas. Él pensó que todavía había electricidad, y luego de repente hizo otra llamada, y se convirtió en 0 a la vez, por lo que el error de esta representación será relativamente grande, porque Usted puede ver que la capacidad de la batería es en realidad representado por 4 rejillas.

Como 1 rejilla corresponde a 25% de capacidad, hay una diferencia de capacidad de 25% al saltar una rejilla, y una diferencia de capacidad de 50% al saltar 2 rejillas, por lo que el error de este método es relativamente grande. La razón de este error relativamente grande es que la batería tiene resistencia interna, y en el caso de una corriente relativamente grande, su número de rejilla salta más.

Resistencia de la batería

Se trata de una fórmula para la tensión en circuito abierto y la tensión en bornes de la batería. Se acaba de decir que la resistencia interna de la batería es función de la temperatura, el estado del nivel de carga y el envejecimiento de la batería.

La resistencia interna de la batería se duplicará después de 100 cargas y descargas; la desviación de la impedancia del mismo lote de baterías puede ser de 10~15%; la desviación de la resistencia interna de diferentes fabricantes de baterías o de fabricantes con mala calidad será mayor.

La impedancia está relacionada con la temperatura y la DOD

Uno de los datos que más influyen en el cálculo de la capacidad o que son más difíciles de obtener es I*Rbat. Por supuesto, I es relativamente fácil de obtener, siempre que se pueda medir la corriente que entra y sale. Con la tecnología de corriente, se puede medir con una precisión de ±1mA. . Entonces este Rbat es relativamente difícil de medir, porque se calcula en base a dos cantidades.

La figura anterior es principalmente la relación entre la impedancia y la temperatura y el porcentaje de capacidad. Esta relación se acaba de mencionar. Básicamente, la impedancia aumenta con la disminución de la temperatura, y aumenta con la disminución del porcentaje de capacidad. Se trata de un concepto de este tipo.

Diferencia de impedancia de las pilas nuevas

Es la desviación de la impedancia. ¿Qué concepto es éste? Se refiere a la impedancia en el estado de baja frecuencia, que es la impedancia a 1mHZ,

De hecho, es la impedancia de CC, no la impedancia que solemos medir con el comprobador de resistencia interna que vemos en el mercado. Esa impedancia es la resistencia interna de la batería medida a 1KHZ, y la resistencia interna suele parecer relativamente pequeña.

Estos son los tres factores que influyen en la precisión del cálculo de la capacidad: la temperatura, el porcentaje de capacidad y el grado de envejecimiento. Estos factores afectarán al cálculo de la capacidad. Este efecto se refiere al método de control de la potencia con tensión.

Además de la influencia de estos factores, si se utiliza el método de control de tensión, hay otra influencia que no se puede ignorar, y esta influencia también es difícil de manejar. Se trata de un quebradero de cabeza para muchos ingenieros de gestión de la energía. El problema de la respuesta dinámica.

Respuesta transitoria

En estas dos imágenes se puede ver que la batería se descarga cuando está relativamente cargada. La curva anterior representa un proceso de descarga. En este momento, la tensión es relativamente baja y, a continuación, se retira la carga. En este momento, el voltaje de la batería es No vuelve inmediatamente al momento en que la corriente es 0, porque todo el mundo piensa que la corriente se convierte en 0 cuando se retira la carga. ¿Vuelve la tensión en ese momento a la tensión en la que la corriente es 0?

No. Volvió a subir lentamente, tardó mucho tiempo en volver a subir, y se puede ver esta curva. La experiencia habitual de todo el mundo también puede demostrar este punto, es decir, después de que una batería se descarga, y luego quitas la carga, su voltaje está cambiando constantemente, así que ¿cuánto tiempo tarda este voltaje en cambiar y estabilizarse? Tarda unos 1600 segundos en llegar a este punto. Básicamente, tarda unos 3500 segundos en estabilizarse. Tarda unos 2000 segundos en estabilizarse. Esta es la descarga cuando el voltaje está a punto de alcanzar, lo que significa que la batería no está llena en este momento. .

De acuerdo con lo que acabo de introducir, cuando la batería está relativamente llena, es decir, cuando el porcentaje de capacidad de la batería es relativamente grande, la resistencia interna de la batería es relativamente pequeña en este momento, y cuando la resistencia interna de la batería es relativamente pequeña, se recupera con bastante rapidez. 

En la imagen de abajo, se puede ver que la tensión en este lado es relativamente baja. Empieza a descargarse por la izquierda y por la derecha. Después de un tiempo, este tiempo también es muy corto. Debido a que el voltaje de la batería de litio es relativamente bajo, descárguela durante un tiempo. Está cerca del voltaje más bajo que el sistema puede aceptar. Si se detiene la descarga en este momento, ¿cuánto tiempo tardará en volver el voltaje? Básicamente, tardará más tiempo.

Por ejemplo, se tarda más de 3000 segundos para estabilizar la tensión, por lo que durante este tiempo, su tensión no es lo suficientemente estable, pero no hay carga, la corriente es siempre 0, en este momento se lee la tensión, la tensión está siempre cambiando Sí, ¿cuál es el porcentaje de capacidad correspondiente? Se producirán errores en este momento.

Relajación de la tensión y errores de estado de carga

Se puede ver que la diferencia de voltaje entre 20 y 3000 segundos puede superar los 20mV, entonces el valor de voltaje de 20mV puede causar una gran desviación de capacidad al calcular la capacidad, especialmente en la región plana de la descarga de voltaje. Puede causar una gran desviación de la capacidad, por lo que la respuesta transitoria de la batería causará un error relativamente grande en el método de medición que utiliza la tensión para controlar.

En esta curva se invierte la curva de descarga de la batería. La ordenada se convierte en el porcentaje de capacidad, y la abscisa es el voltaje de la batería. ¿Qué significa esta imagen? Es decir, en esta etapa, la batería está realmente en la etapa media. Si estiras un poco la plataforma, puedes ver que el cambio de voltaje es relativamente lento durante este periodo, y el cambio de capacidad es relativamente grande. La tensión se utiliza para controlar la capacidad, por lo que un pequeño error en esta tensión provocará un gran error en la capacidad.

La imagen de la derecha se refiere al error de la capacidad correspondiente bajo diferentes tensiones. Se puede observar que en el punto medio de la tensión, es decir, la tensión de la curva de descarga es plana, es decir, a izquierda y derecha, el error correspondiente durante este periodo es el mayor. , el error correspondiente a este momento puede llegar a 15%, que es el error causado por el método de la tensión para calcular la capacidad.

Por lo tanto, los errores basados en el control y la medición de la tensión se deben principalmente a estos aspectos. Uno es el error de relajación, que es el tiempo de recuperación de la tensión de la batería después de retirar la carga. Un valor típico aquí es la medición de relajación de 20mV. Error, el error real será mucho mayor que este error de relajación. Puede echar un vistazo después de purgar la batería. Cuando el voltaje se estabiliza justo después del venteo, su error de voltaje es realmente muy grande.

También existe un error de resistencia de 15% entre las pilas. Como acabo de decir, si el proceso del mismo lote de pilas producidas por el mismo proveedor está bien controlado, la desviación de la resistencia interna de estas pilas puede ser de 15%. Esta situación sigue siendo buena, pero si los diferentes proveedores o los proveedores tienen un control deficiente del proceso, el error de resistencia entre las pilas será mayor.

En la imagen de la izquierda, podemos ver que el rojo se refiere al error de relajación causado por el efecto transitorio de la batería. La curva azul claro de arriba es el error causado por la desviación entre las impedancias individuales de la batería. Estas 2 La desviación total puede ser de unos 15%. Se trata de 15% de la batería nueva, o de un resultado de prueba obtenido cuando la corriente está bien controlada.

Error del SOC en el control de la electricidad

Los factores que provocan el error de compensación de tensión son los siguientes:

- Error transitorio

-15% desviación de la impedancia entre células

-Error de medición

El error global está dentro de un rango aceptable para una batería soc nueva, pero pronto lo superará con la edad (imagen de la derecha)

Como todos sabemos, hay un factor relativamente importante que afecta al cálculo de la capacidad de la batería soc, que es la vida útil de la batería soc. En esta imagen, los errores medidos en diferentes años de servicio, el rojo indica el 1 º o 0 º tiempo obtenido. La curva de error obtenido por el ciclo de , esta curva es de aproximadamente 15% de nuestro icono, y el último marcado aquí es 15%,

Después de 100 ciclos, sabemos que la impedancia se ha duplicado. También puedes ver en la imagen que acabamos de ver que la resistencia interna de la batería soc se ha duplicado después de 100 ciclos. Si sigue subiendo según esta regla, el error será cada vez mayor, y la impedancia aumentará. El error causado por el error de la capacidad es correspondientemente cada vez mayor,

Así que básicamente después de 300 ciclos, el error causado por la capacidad relativamente baja será muy grande, 75% o más, por lo que la tecnología de cálculo de potencia basada en la medición de voltaje sólo se puede utilizar en aquellas ocasiones con requisitos bajos,

Su error es relativamente grande. Normalmente, la batería soc de las primeras cámaras diqitales utiliza este método para calcular su capacidad. Entonces, la resistencia interna de la pila tiene el mayor impacto en este cálculo de capacidad, lo que resulta en un cambio relativamente grande en la resistencia interna de la pila. La razón es que el proceso de fabricación de la batería provoca la desviación de la resistencia interna de la batería.

La otra es que la resistencia interna de la batería soc también cambiará mucho debido al retraso del tiempo de uso de la batería. Es difícil para los ingenieros conocer un modelo exacto para estos cambios. Sólo pueden hacer estimaciones basadas en la experiencia, por lo que los resultados estimados y los resultados reales son diferentes Habrá grandes desviaciones.