Méthodes traditionnelles de contrôle de la puissance des batteries

Tirer le meilleur parti de la capacité de la batterie

L'objectif principal du contrôle de la puissance de la batterie est de maximiser l'utilisation de la capacité de la batterie. D'une manière générale, il nous est difficile d'utiliser 100% de la capacité de la batterie. Pourquoi ?

Deux facteurs entrent en ligne de compte. Premièrement, lors de la charge, il est difficile que la tension de charge corresponde exactement à la tension de charge totale de la batterie. Habituellement, afin d'éviter que la batterie ne dépasse sa capacité, l'erreur de tension de charge est biaisée vers le bas. En d'autres termes, la tension de charge de la batterie peut être ou, de sorte que si elle est chargée à cette faible tension de charge, la capacité chargée peut devenir plus faible.

En outre, en raison de l'imprécision de la surveillance de la puissance de la batterie, les utilisateurs peuvent estimer la puissance de manière prudente pour des raisons de sécurité et pour éviter la perte de données en cas de problèmes critiques soudains, c'est-à-dire que lorsque la puissance réelle de la batterie n'a pas atteint 0%, ils le signalent à 0% à l'avance, laissant le système s'éteindre à l'avance, afin d'éviter la perte de données de l'utilisateur. Bien entendu, l'utilisateur a l'impression que la capacité de la batterie a diminué, ce qui est un inconvénient.

Il en résulte également que la capacité de la batterie ne peut pas être pleinement utilisée. La technologie de surveillance de la puissance de la batterie consiste à maximiser la surveillance de la puissance de la batterie, de sorte que l'utilisateur puisse utiliser la capacité actuelle de la batterie dans toute la mesure du possible. Notre technologie consiste à augmenter ou à réduire la capacité effective autant que possible.

Jauge de carburant traditionnelle sur le côté de l'emballage

Il s'agit d'un schéma fonctionnel d'un bloc-batterie traditionnel pour les applications portables à cellule unique. La jauge de carburant est située sur le côté du bloc-batterie pour surveiller en permanence le fonctionnement de la batterie et fournir des informations sur la capacité restante ou l'autonomie à l'hôte via le protocole I2C ou monofilaire.

Cependant, lorsque le cycle de vie de la batterie est arrivé à son terme, nous avons dû jeter le bloc-batterie alors que la jauge de carburant était encore en bon état. Nous avons été contraints d'acheter un autre bloc-batterie avec une jauge de carburant, ce qui a augmenté le coût pour l'utilisateur final. Est-il possible de placer les jauges de carburant du côté de l'hôte pour minimiser les coûts ?

La technologie traditionnelle de contrôle de l'alimentation des blocs-batteries présente une telle structure, et la puce de contrôle de l'alimentation est généralement placée dans le bloc-batterie. Il existe également un protecteur qui contrôle le tube MOS. Ce protecteur commute le MOS pour protéger la cellule de la batterie en cas de surcharge ou de décharge excessive.

En général, une thermistance est placée dans le bloc-batterie pour le surveiller. La température, à l'exception du côté gauche qui fait référence à la carte système du téléphone portable ou de la tablette, la puce de gestion de l'énergie et le processeur de l'hôte sont principalement liés à la jauge de carburant sur cette carte système. Le processeur de l'hôte passe généralement par le bus I2C ou le bus à fil unique. HDQ pour lire les informations relatives à l'alimentation dans la jauge de carburant.

Si l'on connaît cette information sur la puissance, on peut décider du temps qu'il reste avant que la batterie ne soit complètement déchargée. Certains utilisateurs peuvent demander à l'utilisateur si la puissance actuelle est suffisante lorsqu'ils veulent faire certaines choses, il s'agit d'une solution traditionnelle, c'est-à-dire une solution qui place la jauge de carburant dans le bloc-batterie. Les principaux dispositifs de TI à cet égard sont les deux puces principales BQ27541 et BQ27545.

BQ27441, il s'agit d'une solution relativement peu coûteuse ; nous avons également BQ27741, qui est une solution combinant une jauge de carburant et un protecteur ; BQ28z560, qui est également une solution comprenant une jauge de carburant et un protecteur.

Jauge de carburant à suivi d'impédance côté système

Dans ce schéma, la jauge de carburant se trouve du côté de l'hôte afin de minimiser le coût du bloc-batterie. De cette façon, nous n'avons pas besoin d'acheter un autre ensemble de composants électroniques dans le bloc-batterie lorsque la durée de vie utile de ce dernier est terminée.

Avec les progrès de la technologie, ou l'introduction de la technologie de suivi d'impédance de TI, il existe maintenant une application où la jauge de carburant est placée du côté de la carte principale de l'appareil, et où il n'y a qu'un protecteur et un tube MOS du côté de la batterie. Il y a un thermistor et, bien sûr, une batterie. Quel est l'avantage de cette situation ?

Le coût de la batterie est considérablement réduit et le fournisseur de la batterie est plus facile à trouver, car il a déplacé la jauge de carburant de la batterie vers le côté hôte, de sorte qu'une telle solution est maintenant réalisable. TI fournit également une assistance pour cette solution. 2 programmes sont pris en charge.

Il existe également le BQ28z550. Cette solution consiste à placer la jauge de carburant sur la carte système de l'appareil portable, de sorte que le bloc-batterie n'a pas besoin d'une jauge de décharge, ce qui peut réduire le coût du bloc-batterie et faciliter la recherche de fournisseurs. Les principales jauges de carburant sont BQ27510, BQ27520, BQ27441, BQ27425, BQ27421... et ainsi de suite.

Quelles sont les fonctions de la jauge à carburant ?

Communication entre la batterie et l'utilisateur

- Mesure :

-Tension de la batterie

- Courant de charge ou de décharge

- Température

- Fournir :

- Durée d'utilisation de la batterie et capacité restante

- Informations sur l'état de la batterie

- Gestion globale de la puissance de la batterie (mode travail)

Quelles sont les principales fonctions du compteur électrique ? La jauge de carburant doit d'abord établir la communication entre le système et la batterie. Le système doit connaître la puissance de la batterie et doit communiquer avec la jauge de carburant par l'intermédiaire du bus. Je viens de mentionner que la communication I2C et la communication par bus HDQ à fil unique sont possibles. Au cours du processus de communication, quelles informations le système peut-il obtenir ?

La première est l'information analogique mesurée, telle que la tension de la batterie, le niveau de charge et le courant de décharge de la batterie, et la température de la batterie. Ces informations analogiques de base sont utilisées comme jauge de carburant, il est plus important de fournir des informations sur la capacité de la batterie,

D'autre part, la puce elle-même doit être capable d'effectuer la transition de l'état de fonctionnement, c'est-à-dire de passer du mode de fonctionnement normal au mode de faible consommation d'énergie, de réaliser ce type de changement, dans quel but ? dans le but d'économiser de l'énergie.

Comment mettre en place une jauge de carburant

Comment réaliser la surveillance de la puissance ?

La première méthode est la surveillance de la puissance basée sur la tension. Le pourcentage de puissance ou de capacité est considéré comme une fonction de la tension de la batterie. Il s'agit d'une formule obtenue par expérience. Bien entendu, l'expression de cette fonction elle-même n'a pas besoin d'être Pour l'obtenir, il suffit d'obtenir un tableau correspondant à la tension de circuit ouvert et au pourcentage de capacité, et les données entre chaque point de ce tableau peuvent être obtenues par la méthode de compensation de la différence.

Une autre méthode est le comptage de coulomb, qui est une énergie obtenue en intégrant le courant chargé dans la batterie ou déchargé de la batterie. Nous pouvons considérer la batterie comme le réservoir d'essence de notre voiture. La quantité d'huile remplie dans ce réservoir et la quantité d'huile libérée permettent de calculer la quantité de carburant restante. Il s'agit également d'un algorithme relativement intuitif basé sur l'expérience de la vie.

Le dernier algorithme en date est l'algorithme de suivi de l'impédance. En fait, cet algorithme est basé sur la mesure en temps réel de la résistance interne de la batterie pour obtenir la capacité de la batterie. Sa formule est celle de la figure qui vient d'être citée, c'est-à-dire que la tension aux bornes V est égale à la tension en circuit ouvert de la batterie moins le courant multiplié par la résistance interne de la batterie. Ce courant se réfère à un courant total entrant ou sortant de la batterie.

Jauge de carburant basée sur la tension

Commençons par présenter la jauge de carburant basée sur la tension. Cette image représente la courbe de tension en circuit ouvert d'une batterie. L'idée de base de cette méthode est d'utiliser différents numéros de grille pour représenter la capacité de la batterie pour différentes tensions. Par exemple, une grille de 4 indique que la batterie est pleine. Lorsque je peux utiliser 3 grilles pour indiquer la capacité de la batterie, utilisez 2 grilles.

Il est possible d'utiliser une seule grille pour représenter la capacité de la batterie, c'est-à-dire d'utiliser différents numéros de grille correspondant à différentes tensions de batterie pour représenter la capacité de la batterie. Cette méthode est relativement imprécise et est généralement utilisée dans les premières piles bas de gamme. Les téléphones, ou les appareils photo numériques dans les premiers temps. Quel est le problème de cette approche ?

En d'autres termes, lorsque le courant fluctue, il monte et descend. Par exemple, si j'ai un courant de décharge, ou si le courant est relativement important, vous pouvez voir la flèche rouge pendant le processus de décharge. Si le courant diminue soudainement, ou si je deviens soudainement 0,

Cette tension va évidemment augmenter. Si la tension est généralement augmentée jusqu'à ce point, son numéro de grille deviendra 2 grilles. Lorsqu'elle diminue, le changement est plus évident. Lorsqu'il diminue, le nombre de grilles de la batterie peut être réduit à 0 grille ou utiliser la couleur rouge pour indiquer le nombre de grilles de la batterie, le saut à ce moment-là passera de la couleur rouge à 2 grilles, et il sautera d'un côté et de l'autre à ce moment-là. Si le courant change,

Par exemple, il vient de téléphoner et s'est arrêté ici, et la batterie a 2 cellules restantes. Il pensait qu'il y avait encore de l'électricité, puis il a soudainement passé un autre appel, et elle est devenue 0 d'un seul coup, de sorte que l'erreur de cette représentation sera relativement importante, car vous pouvez voir que la capacité de la batterie est en fait représentée par 4 grilles.

Comme 1 grille correspond à 25% de capacité, il y a une différence de capacité de 25% pour le saut d'une grille, et une différence de capacité de 50% pour le saut de 2 grilles, de sorte que l'erreur de cette méthode est relativement importante. La raison de cette erreur relativement importante est que la batterie a une résistance interne et que, dans le cas d'un courant relativement important, son nombre de grilles saute davantage.

Résistance de la batterie

Il s'agit d'une formule pour la tension en circuit ouvert et la tension aux bornes de la batterie. Il vient d'être dit que la résistance interne de la batterie est fonction de la température, du niveau de charge et du vieillissement de la batterie.

La résistance interne de la batterie doublera après 100 charges et décharges ; l'écart d'impédance d'un même lot de batteries peut être de 10~15% ; l'écart de résistance interne de différents fabricants de batteries ou de fabricants de mauvaise qualité sera plus important.

L'impédance est liée à la température et à la DOD

L'une des informations qui a le plus d'influence sur le calcul de la capacité ou qui est la plus difficile à obtenir est I*Rbat. Bien entendu, I est relativement facile à obtenir, à condition que le courant entrant et sortant puisse être mesuré. La technologie actuelle permet de mesurer avec une précision de ±1mA. . Ensuite, ce Rbat est relativement difficile à mesurer, car il est calculé sur la base de deux quantités.

La figure ci-dessus représente principalement la relation entre l'impédance, la température et le pourcentage de capacité. Cette relation vient d'être mentionnée. Fondamentalement, l'impédance augmente avec la diminution de la température, et augmente avec la diminution du pourcentage de capacité. Il s'agit d'un tel concept.

Différence d'impédance des nouvelles batteries

Il s'agit de la déviation de l'impédance. De quel type de concept s'agit-il ? En général, l'impédance utilisée a un impact plus important sur le comptage de l'électricité. Il s'agit de l'impédance à basse fréquence, c'est-à-dire l'impédance à 1mHZ,

En fait, il s'agit de l'impédance CC, et non de l'impédance que nous mesurons habituellement avec le testeur de résistance interne que l'on trouve sur le marché. Cette impédance est la résistance interne de la batterie mesurée à 1KHZ, et la résistance interne semble généralement relativement faible.

Les trois facteurs ci-dessus ont un impact sur la précision du calcul de la capacité, à savoir la température, le pourcentage de capacité et le degré de vieillissement. Ces facteurs affectent le calcul de la capacité. Cet effet fait référence à la méthode de contrôle de la puissance par la tension.

Outre l'influence de ces facteurs, si la méthode de surveillance de la tension est utilisée, il existe une autre influence qui ne peut être ignorée et qui est également difficile à gérer. C'est un casse-tête pour de nombreux ingénieurs en gestion de l'énergie. Il s'agit du problème de la réponse dynamique.

Réponse transitoire

Ces deux images montrent que la batterie est déchargée alors qu'elle est relativement chargée. La courbe précédente représente un processus de décharge. A ce moment, la tension est relativement basse, puis la charge est enlevée. A ce moment, la tension de la batterie est de Elle ne revient pas immédiatement au moment où le courant est 0, car tout le monde pense que le courant devient 0 lorsque la charge est enlevée. La tension à ce moment revient-elle à la tension où le courant est 0 ?

non. Elle est remontée lentement, elle a mis beaucoup de temps à remonter, et vous pouvez voir cette courbe. L'expérience habituelle de chacun peut également prouver ce point, c'est-à-dire qu'après qu'une batterie a été déchargée, et que vous avez ensuite enlevé la charge, sa tension change constamment, alors combien de temps faut-il pour que cette tension change et se stabilise ? Il faut environ 1600 secondes pour atteindre ce point. En fait, il faut environ 3 500 secondes pour qu'elle se stabilise. Il faut environ 2000 secondes pour se stabiliser. Il s'agit de la décharge lorsque la tension est sur le point d'être atteinte, ce qui signifie que la batterie n'est pas pleine à ce moment-là. .

D'après ce que je viens de présenter, lorsque la batterie est relativement pleine, c'est-à-dire lorsque le pourcentage de capacité de la batterie est relativement élevé, la résistance interne de la batterie est relativement faible à ce moment-là, et lorsque la résistance interne de la batterie est relativement faible, elle se rétablit assez rapidement. 

Dans l'image ci-dessous, vous pouvez voir que la tension de ce côté est relativement faible. Elle commence à se décharger à partir de la gauche et de la droite. Après un certain temps, ce temps est également très court. La tension de la pile au lithium étant relativement faible, déchargez-la pendant un certain temps. Elle est proche de la tension la plus basse que le système peut accepter. Si la décharge est interrompue à ce moment-là, combien de temps faudra-t-il pour que la tension revienne à son niveau initial ? En principe, cela prendra plus de temps.

Par exemple, il faut plus de 3000 secondes pour stabiliser la tension, donc pendant ce temps, sa tension n'est pas assez stable, mais il n'y a pas de charge, le courant est toujours à 0, à ce moment vous lisez la tension, la tension change toujours Oui, quel est le pourcentage de capacité correspondant ? Des erreurs se produiront à ce moment-là.

Relaxation de la tension et erreurs d'état de charge

Vous pouvez voir que la différence de tension entre 20 et 3000 secondes peut dépasser 20mV, alors la valeur de tension de 20mV peut causer un grand écart de capacité lors du calcul de la capacité, en particulier dans la région plate de la décharge de tension. La réponse transitoire de la batterie entraînera donc une erreur relativement importante dans la méthode de mesure qui utilise la tension pour contrôler.

Dans cette courbe, cette courbe inverse la courbe de décharge de la batterie. L'ordonnée devient le pourcentage de capacité et l'abscisse est la tension de la batterie. Que signifie cette image ? C'est-à-dire qu'à ce stade, la batterie est en fait dans la phase intermédiaire. Si vous étirez un peu la plate-forme, vous pouvez voir que la variation de la tension est relativement lente pendant cette période, et que la variation de la capacité est relativement importante. La tension est utilisée pour contrôler la capacité, de sorte qu'une petite erreur dans cette tension entraînera une grande erreur dans la capacité.

L'image de droite se réfère à l'erreur de la capacité correspondante sous différentes tensions. Vous pouvez voir qu'au point médian de la tension, c'est-à-dire la tension de la courbe de décharge est plate, c'est-à-dire à gauche et à droite, l'erreur correspondante au cours de cette période est la plus importante. L'erreur correspondant à cette période peut atteindre 15%, ce qui correspond à l'erreur causée par la méthode de tension pour calculer la capacité.

Par conséquent, les erreurs basées sur la surveillance et la mesure de la tension sont principalement dues à ces aspects. L'un d'eux est l'erreur de relaxation, qui est le temps de récupération de la tension de la batterie après que la charge a été retirée. Une valeur typique est la mesure de relaxation de 20mV. Erreur, l'erreur réelle sera beaucoup plus importante que cette erreur de relaxation. Vous pouvez jeter un coup d'œil après la purge de la batterie. Lorsque la tension se stabilise juste après la purge, l'erreur de tension est en fait très importante.

Il existe également un écart de résistance de 15% entre les piles. Comme je viens de le dire, si le processus du même lot de piles produites par le même fournisseur est bien contrôlé, l'écart de résistance interne de ces piles peut être de 15%. Il s'agit toujours d'une bonne situation, mais si des fournisseurs différents ou des fournisseurs ayant un mauvais contrôle du processus, l'erreur de résistance entre les cellules sera plus importante.

Dans l'image de gauche, nous pouvons voir que le rouge se réfère à l'erreur de relaxation causée par l'effet transitoire de la batterie. La courbe bleu clair ci-dessus est l'erreur causée par l'écart entre les impédances individuelles de la batterie. La déviation totale peut être d'environ 15%. Il s'agit de 15% de la nouvelle batterie, ou d'un résultat de test obtenu lorsque le courant est bien contrôlé.

Erreur SOC de la surveillance de l'électricité

Les facteurs à l'origine de l'erreur de compensation de la tension sont les suivants :

- Erreur transitoire

-15% écart d'impédance intercellulaire

-Erreur de mesure

L'erreur globale se situe dans une fourchette acceptable pour une batterie soc neuve, mais la dépassera rapidement avec l'âge (image de droite).

Comme nous le savons tous, il y a un facteur relativement important qui affecte le calcul de la capacité de la batterie soc, qui est la durée de vie de la batterie soc. Sur cette image, les erreurs mesurées sous différentes années de service, le rouge indique la 1ère ou la 0ème fois obtenue. La courbe d'erreur obtenue par le cycle de , cette courbe est d'environ 15% de notre icône, et la dernière marquée ici est 15%,

Après 100 cycles, nous savons que l'impédance a en fait doublé. Vous pouvez également voir sur l'image que la résistance interne de la batterie soc a doublé après 100 cycles. Si vous continuez à monter selon cette règle, l'erreur sera de plus en plus grande et l'impédance augmentera. L'erreur causée par l'erreur de capacité est donc de plus en plus grande,

Ainsi, après 300 cycles, l'erreur causée par la capacité relativement faible sera très importante, 75% ou plus, de sorte que la technologie de calcul de la puissance basée sur la mesure de la tension ne peut être utilisée que dans les cas où les exigences sont faibles,

Son erreur est relativement importante. En général, la batterie soc des premiers appareils photo numériques utilise cette méthode pour calculer sa capacité. La résistance interne de la batterie a alors le plus grand impact sur ce calcul de capacité, ce qui entraîne une variation relativement importante de la résistance interne de la batterie. La raison en est que le processus de fabrication de la batterie entraîne une déviation de la résistance interne de la batterie.

D'autre part, la résistance interne de la batterie soc changera également beaucoup en raison du retard de la durée d'utilisation de la batterie. Il est difficile pour les ingénieurs de connaître un modèle précis pour ces changements. Ils ne peuvent que faire des estimations basées sur l'expérience, de sorte que les résultats estimés et les résultats réels sont différents.