बॅटरी मीटरचा परिचय

बॅटरी मीटरचा परिचय

१.१ वीज मीटरच्या कार्यांचा परिचय

बॅटरी व्यवस्थापन हा पॉवर मॅनेजमेंटचा भाग मानला जाऊ शकतो. बॅटरी व्यवस्थापनामध्ये, वीज मीटर बॅटरीच्या क्षमतेचा अंदाज घेण्यासाठी जबाबदार आहे. त्याचे मूळ कार्य व्होल्टेज, चार्जिंग/डिस्चार्जिंग करंट आणि बॅटरीचे तापमान यांचे निरीक्षण करणे आणि बॅटरीची चार्ज स्थिती (SOC) आणि पूर्ण चार्ज क्षमता (FCC) यांचा अंदाज लावणे हे आहे. बॅटरीच्या चार्ज स्थितीचा अंदाज लावण्यासाठी दोन विशिष्ट पद्धती आहेत: ओपन सर्किट व्होल्टेज पद्धत (OCV) आणि कुलॉम्बिक मापन पद्धत. दुसरी पद्धत RICHTEK द्वारे डिझाइन केलेले डायनॅमिक व्होल्टेज अल्गोरिदम आहे.

1.2 ओपन सर्किट व्होल्टेज पद्धत

वीज मीटरसाठी ओपन सर्किट व्होल्टेज पद्धत वापरण्याची अंमलबजावणी पद्धत तुलनेने सोपी आहे आणि ओपन सर्किट व्होल्टेजच्या चार्जची संबंधित स्थिती तपासून मिळवता येते. ओपन सर्किट व्होल्टेजसाठी गृहीत स्थिती म्हणजे बॅटरी टर्मिनल व्होल्टेज जेव्हा बॅटरी सुमारे 30 मिनिटे विश्रांती घेते.

बॅटरीचा भार, तापमान आणि वृद्धत्व यावर अवलंबून बॅटरीचा व्होल्टेज वक्र बदलतो. म्हणून, एक निश्चित ओपन सर्किट व्होल्टमीटर चार्जच्या स्थितीचे पूर्णपणे प्रतिनिधित्व करू शकत नाही; केवळ तक्ते पाहून शुल्काच्या स्थितीचा अंदाज लावता येत नाही. दुस-या शब्दात, जर चार्ज स्थितीचा अंदाज फक्त टेबल वर बघून केला असेल, तर त्रुटी लक्षणीय असेल.

खालील आकृती दर्शविते की समान बॅटरी व्होल्टेज अंतर्गत, ओपन सर्किट व्होल्टेज पद्धतीद्वारे प्राप्त झालेल्या शुल्काच्या स्थितीत लक्षणीय फरक आहे.

        आकृती 5. चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग परिस्थितीत बॅटरी व्होल्टेज

खालील आकृतीमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, डिस्चार्ज दरम्यान वेगवेगळ्या भारांच्या अंतर्गत शुल्काच्या स्थितीत देखील लक्षणीय फरक आहे. त्यामुळे मुळात, ओपन सर्किट व्होल्टेज पद्धत केवळ चार्ज स्थितीसाठी कमी अचूकतेची आवश्यकता असलेल्या प्रणालींसाठी योग्य आहे, जसे की लीड-ऍसिड बॅटरी वापरणाऱ्या कार किंवा अखंडित वीजपुरवठा.

            आकृती 2. डिस्चार्ज दरम्यान भिन्न लोड अंतर्गत बॅटरी व्होल्टेज

1.3 कूलॉम्बिक मेट्रोलॉजी

कौलॉम्ब मेट्रोलॉजीचे ऑपरेटिंग तत्त्व म्हणजे बॅटरीच्या चार्जिंग/डिस्चार्जिंग मार्गावर डिटेक्शन रेझिस्टर जोडणे. ADC डिटेक्शन रेझिस्टरवरील व्होल्टेज मोजतो आणि चार्ज होत असलेल्या किंवा डिस्चार्ज होत असलेल्या बॅटरीच्या वर्तमान मूल्यामध्ये रूपांतरित करतो. रिअल टाइम काउंटर (RTC) किती कुलॉम्ब्स प्रवाहित आहेत हे निर्धारित करण्यासाठी वर्तमान मूल्याचे वेळेसह एकत्रीकरण प्रदान करते.

               आकृती 3. कूलॉम्ब मापन पद्धतीचा मूलभूत कार्य मोड

कुलॉम्बिक मेट्रोलॉजी चार्जिंग किंवा डिस्चार्ज प्रक्रियेदरम्यान रिअल-टाइम चार्ज स्थितीची अचूक गणना करू शकते. चार्जिंग कुलॉम्ब काउंटर आणि डिस्चार्जिंग कूलॉम्ब काउंटर वापरून, ते उर्वरित विद्युत क्षमता (RM) आणि पूर्ण चार्जिंग क्षमता (FCC) मोजू शकते. त्याच वेळी, उर्वरित चार्ज क्षमता (RM) आणि पूर्ण चार्ज क्षमता (FCC) देखील चार्ज स्थितीची गणना करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते, म्हणजे (SOC=RM/FCC). याव्यतिरिक्त, ते उर्वरीत वेळेचा अंदाज देखील लावू शकते, जसे की उर्जा कमी होणे (TTE) आणि पॉवर रिचार्ज (TTF).

                    आकृती 4. कुलॉम्ब मेट्रोलॉजीसाठी गणना सूत्र

कुलॉम्ब मेट्रोलॉजीच्या अचूकतेच्या विचलनास कारणीभूत दोन मुख्य घटक आहेत. प्रथम वर्तमान संवेदना आणि एडीसी मापन मध्ये ऑफसेट त्रुटी जमा आहे. सध्याच्या तंत्रज्ञानामध्ये मोजमाप त्रुटी तुलनेने लहान असली तरी, ती दूर करण्यासाठी चांगल्या पद्धतीशिवाय, ही त्रुटी कालांतराने वाढत जाईल. खालील आकृती दर्शवते की व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये, वेळेच्या कालावधीत कोणतीही सुधारणा नसल्यास, जमा झालेली त्रुटी अमर्यादित असते.

              आकृती 5. कुलॉम्ब मापन पद्धतीची संचित त्रुटी

संचयी त्रुटी दूर करण्यासाठी, तीन संभाव्य टाइम पॉइंट आहेत जे सामान्य बॅटरी ऑपरेशन दरम्यान वापरले जाऊ शकतात: चार्ज समाप्त (EOC), डिस्चार्ज समाप्त (EOD), आणि विश्रांती (आराम). जेव्हा चार्जिंग समाप्तीची अट पूर्ण होते, तेव्हा ते सूचित करते की बॅटरी पूर्णपणे चार्ज झाली आहे आणि चार्जची स्थिती (SOC) 100% असावी. डिस्चार्ज एंड कंडिशन दर्शवते की बॅटरी पूर्णपणे डिस्चार्ज झाली आहे आणि चार्ज स्थिती (SOC) 0% असावी; हे निरपेक्ष व्होल्टेज मूल्य असू शकते किंवा ते लोडसह बदलू शकते. विश्रांतीच्या स्थितीत पोहोचल्यावर, बॅटरी चार्ज होत नाही किंवा डिस्चार्ज होत नाही आणि ती दीर्घ कालावधीसाठी या स्थितीत राहते. जर वापरकर्त्याला क्युलोमेट्रिक पद्धतीची त्रुटी सुधारण्यासाठी बॅटरी विश्रांतीची स्थिती वापरायची असेल, तर यावेळी ओपन सर्किट व्होल्टमीटर वापरणे आवश्यक आहे. खालील आकृती दर्शविते की वरील राज्यांमध्ये चार्ज त्रुटीची स्थिती सुधारली जाऊ शकते.

            आकृती 6. कौलोम्बिक मेट्रोलॉजीमधील संचित त्रुटी दूर करण्यासाठी अटी

कूलॉम्ब मेट्रोलॉजीच्या अचूकतेच्या विचलनास कारणीभूत असलेला दुसरा मुख्य घटक म्हणजे फुल चार्ज कॅपॅसिटी (FCC) त्रुटी, जी बॅटरीची डिझाइन केलेली क्षमता आणि बॅटरीची खरी पूर्ण चार्ज क्षमता यांच्यातील फरक आहे. पूर्ण चार्ज क्षमता (FCC) तापमान, वृद्धत्व आणि भार यांसारख्या घटकांनी प्रभावित होते. म्हणून, पूर्ण चार्ज केलेल्या क्षमतेसाठी पुन्हा शिक्षण आणि नुकसानभरपाई पद्धती कूलॉम्बिक मेट्रोलॉजीसाठी महत्त्वपूर्ण आहेत. खालील आकृती चार्ज एररच्या स्थितीची प्रवृत्ती दर्शवते जेव्हा पूर्ण चार्ज केलेली क्षमता जास्त आणि कमी लेखली जाते.

             आकृती 7: जेव्हा पूर्ण चार्ज केलेली क्षमता जास्त आणि कमी लेखली जाते तेव्हा त्रुटीचा कल

1.4 डायनॅमिक व्होल्टेज अल्गोरिदम वीज मीटर

डायनॅमिक व्होल्टेज अल्गोरिदम केवळ बॅटरी व्होल्टेजवर आधारित लिथियम बॅटरीच्या चार्ज स्थितीची गणना करू शकते. ही पद्धत बॅटरी व्होल्टेज आणि बॅटरीच्या ओपन सर्किट व्होल्टेजमधील फरकाच्या आधारावर चार्जच्या स्थितीत वाढ किंवा घटतेचा अंदाज लावते. डायनॅमिक व्होल्टेज माहिती प्रभावीपणे लिथियम बॅटरीच्या वर्तनाचे अनुकरण करू शकते आणि चार्ज स्थिती (SOC) (%) निर्धारित करू शकते, परंतु ही पद्धत बॅटरी क्षमतेचे मूल्य (mAh) अंदाज करू शकत नाही.

त्याची गणना पद्धत बॅटरी व्होल्टेज आणि ओपन सर्किट व्होल्टेजमधील डायनॅमिक फरकावर आधारित आहे आणि चार्ज स्थितीतील प्रत्येक वाढ किंवा घटीची गणना करण्यासाठी पुनरावृत्ती अल्गोरिदम वापरून चार्ज स्थितीचा अंदाज लावते. कूलॉम्ब पद्धतीच्या वीज मीटरच्या सोल्यूशनच्या तुलनेत, डायनॅमिक व्होल्टेज अल्गोरिदम वीज मीटरमध्ये वेळ आणि वर्तमानानुसार त्रुटी जमा होत नाहीत. कूलॉम्बिक मीटरिंग मीटरमध्ये वर्तमान संवेदन त्रुटी आणि बॅटरी सेल्फ डिस्चार्ज यामुळे चार्ज स्थितीचा चुकीचा अंदाज असतो. जरी सध्याची सेन्सिंग एरर खूपच लहान असली तरीही, Coulomb काउंटरमध्ये एरर जमा होत राहतील, ज्या पूर्ण चार्जिंग किंवा डिस्चार्ज केल्यानंतरच काढून टाकल्या जाऊ शकतात.

डायनॅमिक व्होल्टेज अल्गोरिदमचा वापर केवळ व्होल्टेज माहितीवर आधारित बॅटरीच्या चार्ज स्थितीचा अंदाज घेण्यासाठी केला जातो; बॅटरीच्या वर्तमान माहितीच्या आधारे त्याचा अंदाज लावला जात नसल्यामुळे, त्रुटी जमा होत नाहीत. चार्ज स्थितीची अचूकता सुधारण्यासाठी, डायनॅमिक व्होल्टेज अल्गोरिदमला पूर्णपणे चार्ज केलेल्या आणि पूर्णपणे डिस्चार्ज केलेल्या स्थितीत वास्तविक बॅटरी व्होल्टेज वक्रवर आधारित ऑप्टिमाइझ केलेल्या अल्गोरिदमचे पॅरामीटर्स समायोजित करण्यासाठी वास्तविक डिव्हाइस वापरण्याची आवश्यकता आहे.

     आकृती 8. विद्युत मीटर आणि गेन ऑप्टिमायझेशनसाठी डायनॅमिक व्होल्टेज अल्गोरिदमचे कार्यप्रदर्शन

प्रभाराच्या स्थितीनुसार विविध डिस्चार्ज रेट परिस्थितीत डायनॅमिक व्होल्टेज अल्गोरिदमचे कार्यप्रदर्शन खालीलप्रमाणे आहे. आकृतीमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, त्याची चार्ज अचूकतेची स्थिती चांगली आहे. C/2, C/4, C/7, आणि C/10 च्या डिस्चार्ज परिस्थितीकडे दुर्लक्ष करून, या पद्धतीची चार्ज त्रुटीची एकूण स्थिती 3% पेक्षा कमी आहे.

      आकृती 9. डायनॅमिक व्होल्टेज अल्गोरिदमच्या चार्ज स्टेटचे कार्यप्रदर्शन भिन्न डिस्चार्ज रेट अटींनुसार

खालील आकृती कमी चार्जिंग आणि लहान डिस्चार्जिंग स्थितीत बॅटरीची चार्ज स्थिती दर्शवते. शुल्काच्या स्थितीची त्रुटी अद्याप खूपच लहान आहे आणि कमाल त्रुटी फक्त 3% आहे.

       आकृती 10. कमी चार्ज आणि बॅटरीच्या कमी डिस्चार्जच्या बाबतीत डायनॅमिक व्होल्टेज अल्गोरिदमच्या चार्ज स्थितीची कामगिरी

Coulomb मीटरिंग पद्धतीच्या तुलनेत, ज्याचा परिणाम सामान्यत: वर्तमान संवेदना त्रुटींमुळे आणि बॅटरीच्या सेल्फ डिस्चार्जमुळे चुकीच्या चार्ज स्थितीत होतो, डायनॅमिक व्होल्टेज अल्गोरिदममध्ये वेळ आणि वर्तमानानुसार त्रुटी जमा होत नाही, जो एक मोठा फायदा आहे. चार्जिंग/डिस्चार्जिंग करंट्सबद्दल माहितीच्या अभावामुळे, डायनॅमिक व्होल्टेज अल्गोरिदममध्ये अल्पकालीन अचूकता आणि मंद प्रतिसाद वेळ आहे. शिवाय, ते पूर्ण चार्जिंग क्षमतेचा अंदाज लावू शकत नाही. तथापि, दीर्घकालीन अचूकतेच्या बाबतीत ते चांगले कार्य करते, कारण बॅटरी व्होल्टेज शेवटी थेट त्याची चार्ज स्थिती प्रतिबिंबित करते.