Stan naładowania
Stan naładowania ( SoC ) to poziom naładowania akumulatora elektrycznego w stosunku do jego pojemności. Jednostki SoC to punkty procentowe (0% = pusty; 100% = pełny). Alternatywną formą tego samego środka jest głębokość rozładowania ( DoD ) , odwrotność SoC (100% = pusty; 0% = pełny). SoC jest zwykle używany podczas omawiania bieżącego stanu używanej baterii, podczas gdy DoD jest najczęściej używany podczas omawiania żywotności baterii po wielokrotnym użyciu.
W pojazdach elektrycznych
W pojeździe elektrycznym na baterie (BEV), pojeździe hybrydowym (HV) lub hybrydowym pojeździe elektrycznym typu plug-in (PHEV) SoC dla zestawu akumulatorów jest odpowiednikiem wskaźnika poziomu paliwa . Należy wspomnieć, że stan naładowania, prezentowany jako wskaźnik lub wartość procentowa na dowolnej desce rozdzielczej pojazdu, zwłaszcza w hybrydowych typu plug-in , może nie odzwierciedlać rzeczywistego poziomu naładowania. W tym konkretnym przypadku pewna zauważalna ilość energii zmagazynowanej w akumulatorze elektrycznym nie jest wyświetlana na desce rozdzielczej i jest zarezerwowana praca hybrydowa operacje. Pozwala na rozpędzanie pojazdu napędzanego silnikami elektrycznymi głównie z wykorzystaniem energii akumulatora, podczas gdy silnik benzynowy pełni rolę generatora i doładowuje akumulator do minimalnego poziomu potrzebnego do takiej pracy. Przykładem takich samochodów są Mitsubishi Outlander PHEV (wszystkie wersje/lata produkcji), gdzie stan naładowania 0% przedstawiony kierowcy to realne 20-22% poziomu naładowania (przy założeniu poziomu zerowego jako najniższego dopuszczalnego poziomu naładowania) przez producenta samochodu). Kolejnym jest BMW i3 REX (wersja Range Extender), w którym około 6% SOC jest zarezerwowane dla operacji podobnych do PHEV. Tesla stwierdził, że ich SoC powinien być mniejszy niż 95%, a niektórzy komentatorzy twierdzą, że pomiędzy 30% -80% zarchiwizowane 11.01.2021 w Wayback Machine . Istnieją również pewne dane, które to potwierdzają.
Stan naładowania (SOC) może pomóc zmniejszyć niepokój właścicieli samochodów elektrycznych, gdy czekają w kolejce lub pozostają w domu, ponieważ odzwierciedla postęp ładowania i informuje właścicieli, kiedy będzie gotowy.
Określanie SoC
Zwykle SoC nie można zmierzyć bezpośrednio, ale można go oszacować na podstawie bezpośrednich zmiennych pomiarowych na dwa sposoby: offline i online. W technikach offline bateria chce być ładowana i rozładowywana ze stałą szybkością, taką jak liczenie kulombowskie. Ta metoda umożliwia dokładne oszacowanie SoC baterii, ale są one długotrwałe, kosztowne i zakłócają działanie głównej baterii. Dlatego badacze szukają pewnych technik online. Ogólnie istnieje pięć metod pośredniego określania SoC:
- chemiczny
- Napięcie
- aktualna integracja
- filtrowanie Kalmana
- ciśnienie
Metoda chemiczna
Ta metoda działa tylko w przypadku akumulatorów, które zapewniają dostęp do ciekłego elektrolitu , takich jak nieuszczelnione akumulatory kwasowo-ołowiowe . Ciężar właściwy lub pH elektrolitu można wykorzystać do wskazania SoC akumulatora.
Hydrometry służą do obliczania ciężaru właściwego akumulatora. Aby znaleźć ciężar właściwy, należy odmierzyć objętość elektrolitu i zważyć go. Następnie ciężar właściwy wyraża się wzorem (masa elektrolitu [g]/objętość elektrolitu [ml])/(Gęstość wody, tj. 1g/1ml). Aby znaleźć SoC na podstawie ciężaru właściwego, potrzebna jest tabela przeglądowa SG vs SoC.
Niedawno wykazano, że refraktometria zanurzeniowa jest realną metodą ciągłego monitorowania stanu naładowania. Współczynnik załamania elektrolitu w akumulatorze jest bezpośrednio powiązany z ciężarem właściwym lub gęstością elektrolitu w ogniwie. Czujniki, tom 22, nr 1, s. 10 stycznia 2005, patent USA 10 145 789.
Metoda napięciowa
Ta metoda konwertuje odczyt napięcia akumulatora na SoC, wykorzystując znaną krzywą rozładowania (napięcie vs. SoC) akumulatora. Jednak na napięcie większy wpływ ma prąd akumulatora (ze względu na kinetykę elektrochemiczną akumulatora ) i temperatura. Ta metoda może być bardziej dokładna poprzez kompensację odczytu napięcia za pomocą członu korekcyjnego proporcjonalnego do prądu akumulatora oraz za pomocą tabeli przeglądowej napięcia obwodu otwartego akumulatora w funkcji temperatury.
W rzeczywistości deklarowanym celem projektowania baterii jest zapewnienie możliwie stałego napięcia bez względu na SoC, co utrudnia zastosowanie tej metody.
Bieżąca metoda integracji
Ta metoda, znana również jako „ liczenie kulombowskie ”, oblicza SoC, mierząc prąd akumulatora i całkując go w czasie. Ponieważ żaden pomiar nie może być doskonały, ta metoda cierpi na długotrwały dryf i brak punktu odniesienia: dlatego SoC musi być regularnie kalibrowany, na przykład poprzez resetowanie SoC do 100%, gdy ładowarka stwierdzi, że akumulator jest w pełni naładowany (przy użyciu jednej z innych opisanych tutaj metod).
Podejścia łączone
Maxim Integrated zachwala połączone podejście do napięcia i ładowania, które uważa się za lepsze od każdej z tych metod osobno; jest zaimplementowany w ich serii chipów ModelGauge m3, takich jak MAX17050, który jest używany na przykład w urządzeniach Nexus 6 i Nexus 9 z systemem Android.
filtrowanie Kalmana
Aby przezwyciężyć wady metody napięciowej i prądowej, można zastosować filtr Kalmana . Baterię można modelować za pomocą modelu elektrycznego, którego filtr Kalmana użyje do przewidywania przepięć spowodowanych prądem. W połączeniu z liczeniem kulombowskim pozwala na dokładne oszacowanie stanu naładowania. Siła filtra Kalmana polega na tym, że jest w stanie dostosować swoje zaufanie do napięcia akumulatora i zliczania kulombów w czasie rzeczywistym.
Metoda ciśnieniowa
Tej metody można używać z niektórymi akumulatorami NiMH , których ciśnienie wewnętrzne gwałtownie wzrasta, gdy akumulator jest ładowany. Częściej przełącznik ciśnieniowy wskazuje, czy akumulator jest w pełni naładowany. Metodę tę można udoskonalić, uwzględniając prawo Peukerta , które jest funkcją prądu ładowania/rozładowania.