ब्याट्री मिटरको परिचय

ब्याट्री मीटर को परिचय

१.१ बिजुली मीटर को कार्य को परिचय

ब्याट्री व्यवस्थापनलाई पावर व्यवस्थापनको भागको रूपमा लिन सकिन्छ। ब्याट्री व्यवस्थापनमा, बिजुली मिटर ब्याट्री क्षमता अनुमान गर्न जिम्मेवार छ। यसको आधारभूत प्रकार्य भनेको भोल्टेज, चार्जिङ/डिस्चार्जिङ करन्ट, र ब्याट्रीको तापक्रम निगरानी गर्नु र ब्याट्रीको चार्ज अवस्था (SOC) र पूर्ण चार्ज क्षमता (FCC) अनुमान गर्नु हो। ब्याट्रीको चार्जको अवस्था अनुमान गर्न दुईवटा सामान्य तरिकाहरू छन्: खुला सर्किट भोल्टेज विधि (OCV) र कूलम्बिक मापन विधि। अर्को विधि RICHTEK द्वारा डिजाइन गरिएको गतिशील भोल्टेज एल्गोरिथ्म हो।

1.2 खुला सर्किट भोल्टेज विधि

बिजुली मिटरको लागि खुला सर्किट भोल्टेज विधि प्रयोग गर्ने कार्यान्वयन विधि अपेक्षाकृत सजिलो छ, र खुला सर्किट भोल्टेजको चार्जको सम्बन्धित अवस्था जाँच गरेर प्राप्त गर्न सकिन्छ। खुला सर्किट भोल्टेजको लागि मानिएको अवस्था ब्याट्री टर्मिनल भोल्टेज हो जब ब्याट्री लगभग 30 मिनेटको लागि आराम गरिरहेको छ।

ब्याट्रीको भोल्टेज कर्भ लोड, तापक्रम, र ब्याट्रीको उमेर अनुसार फरक हुन्छ। त्यसकारण, एक निश्चित खुला सर्किट भोल्टमिटरले चार्जको अवस्थालाई पूर्ण रूपमा प्रतिनिधित्व गर्न सक्दैन; तालिका हेरेर मात्र चार्जको अवस्था अनुमान गर्न सम्भव छैन। अर्को शब्दमा, यदि चार्जको अवस्था केवल तालिका हेरेर अनुमान गरिएको छ भने, त्रुटि महत्त्वपूर्ण हुनेछ।

निम्न चित्रले देखाउँछ कि एउटै ब्याट्री भोल्टेज अन्तर्गत, खुला सर्किट भोल्टेज विधि मार्फत प्राप्त चार्जको स्थितिमा महत्त्वपूर्ण भिन्नता छ।

        चित्र 5. चार्जिङ र डिस्चार्ज अवस्थाहरूमा ब्याट्री भोल्टेज

तलको चित्रमा देखाइए अनुसार, डिस्चार्जको समयमा विभिन्न भारहरू अन्तर्गत चार्जको स्थितिमा पनि महत्त्वपूर्ण भिन्नता छ। त्यसोभए मूल रूपमा, खुला सर्किट भोल्टेज विधि चार्जको अवस्थाको लागि कम सटीकता आवश्यकताहरू भएका प्रणालीहरूका लागि मात्र उपयुक्त छ, जस्तै लीड-एसिड ब्याट्रीहरू प्रयोग गर्ने कारहरू वा निर्बाध बिजुली आपूर्तिहरू।

            चित्र 2. डिस्चार्जको समयमा विभिन्न भारहरू अन्तर्गत ब्याट्री भोल्टेज

1.3 कूलम्बिक मेट्रोलोजी

Coulomb मेट्रोलोजीको सञ्चालन सिद्धान्त ब्याट्रीको चार्जिङ/डिस्चार्जिङ मार्गमा पत्ता लगाउने प्रतिरोधक जडान गर्नु हो। ADC ले पत्ता लगाउने प्रतिरोधकमा भोल्टेज नाप्छ र यसलाई चार्ज वा डिस्चार्ज भइरहेको ब्याट्रीको हालको मूल्यमा रूपान्तरण गर्दछ। वास्तविक समय काउन्टर (RTC) ले कति कूलम्बहरू प्रवाह भइरहेको छ भनी निर्धारण गर्नको लागि वर्तमान मूल्यको समयसँग एकीकरण प्रदान गर्दछ।

               चित्र 3. Coulomb मापन विधिको आधारभूत कार्य मोड

Coulombic मेट्रोलोजीले चार्ज वा डिस्चार्जिङ प्रक्रियाको समयमा चार्जको वास्तविक-समय अवस्था सही रूपमा गणना गर्न सक्छ। चार्जिङ कूलम्ब काउन्टर र डिस्चार्जिङ कूलम्ब काउन्टर प्रयोग गरेर, यसले बाँकी विद्युतीय क्षमता (RM) र पूर्ण चार्जिङ क्षमता (FCC) गणना गर्न सक्छ। एकै समयमा, बाँकी चार्ज क्षमता (RM) र पूर्ण चार्ज क्षमता (FCC) लाई पनि चार्जको अवस्था गणना गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ, अर्थात् (SOC=RM/FCC)। थप रूपमा, यसले पावर डिप्लेसन (TTE) र पावर रिचार्ज (TTF) जस्ता बाँकी समय पनि अनुमान गर्न सक्छ।

                    चित्र 4. कुलोम्ब मेट्रोलोजीको लागि गणना सूत्र

त्यहाँ दुई मुख्य कारकहरू छन् जसले Coulomb मेट्रोलोजीको शुद्धता विचलनको कारण बनाउँछ। पहिलो हालको सेन्सिङ र ADC मापनमा अफसेट त्रुटिहरूको संचय हो। यद्यपि मापन त्रुटि हालको प्रविधिसँग तुलनात्मक रूपमा सानो छ, यसलाई हटाउनको लागि राम्रो विधि बिना, यो त्रुटि समयसँगै बढ्दै जानेछ। निम्न चित्रले देखाउँछ कि व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूमा, यदि समयको अवधिमा कुनै सुधार छैन भने, संचित त्रुटि असीमित छ।

              चित्र 5. Coulomb मापन विधिको संचित त्रुटि

संचयी त्रुटिहरू हटाउन, त्यहाँ तीन सम्भावित समय बिन्दुहरू छन् जुन सामान्य ब्याट्री सञ्चालनको समयमा प्रयोग गर्न सकिन्छ: चार्जको अन्त्य (EOC), डिस्चार्जको अन्त्य (EOD), र विश्राम (आराम)। जब चार्ज गर्ने अन्तिम अवस्था पूरा हुन्छ, यसले ब्याट्री पूर्ण रूपमा चार्ज भएको र चार्जको स्थिति (SOC) १००% हुनुपर्छ भन्ने संकेत गर्छ। डिस्चार्ज अन्त्य अवस्थाले ब्याट्री पूर्ण रूपमा डिस्चार्ज भएको र चार्ज स्टेट (SOC) ०% हुनुपर्छ भनेर संकेत गर्छ; यो एक निरपेक्ष भोल्टेज मान हुन सक्छ वा यो लोड संग भिन्न हुन सक्छ। विश्रामको अवस्थामा पुग्दा, ब्याट्री न त चार्ज हुन्छ न डिस्चार्ज हुन्छ, र यो लामो समयसम्म यही अवस्थामा रहन्छ। यदि प्रयोगकर्ताले क्युलोमेट्रिक विधिको त्रुटि सच्याउन ब्याट्री विश्राम अवस्था प्रयोग गर्न चाहन्छ भने, यस समयमा खुला सर्किट भोल्टमिटर प्रयोग गर्नुपर्छ। निम्न चित्रले माथिका राज्यहरूमा चार्ज त्रुटिको अवस्था सच्याउन सकिन्छ भनेर देखाउँछ।

            चित्र 6. कूलम्बिक मेट्रोलोजीमा संचित त्रुटिहरू हटाउनका लागि सर्तहरू

Coulomb metrology को शुद्धता विचलनको दोस्रो मुख्य कारक फुल चार्ज क्षमता (FCC) त्रुटि हो, जुन ब्याट्रीको डिजाइन गरिएको क्षमता र ब्याट्रीको वास्तविक पूर्ण चार्ज क्षमता बीचको भिन्नता हो। पूर्ण चार्ज क्षमता (FCC) तापक्रम, बुढ्यौली र लोड जस्ता कारकहरूद्वारा प्रभावित हुन्छ। त्यसकारण, पूर्ण चार्ज गरिएको क्षमताको लागि पुन: शिक्षा र क्षतिपूर्ति विधिहरू कूलम्बिक मेट्रोलोजीको लागि महत्त्वपूर्ण छन्। निम्न आंकडाले चार्ज त्रुटिको अवस्थाको प्रवृति घटना देखाउँदछ जब पूर्ण चार्ज गरिएको क्षमतालाई अधिक अनुमानित र कम आँकलन गरिन्छ।

             चित्र 7: त्रुटिको प्रवृत्ति जब पूर्ण रूपमा चार्ज गरिएको क्षमतालाई अधिक अनुमानित र कम अनुमान गरिएको छ

1.4 डायनामिक भोल्टेज एल्गोरिथ्म बिजुली मीटर

डायनामिक भोल्टेज एल्गोरिदमले ब्याट्री भोल्टेजमा आधारित लिथियम ब्याट्रीको चार्जको अवस्था गणना गर्न सक्छ। यो विधिले ब्याट्री भोल्टेज र ब्याट्रीको खुला सर्किट भोल्टेज बीचको भिन्नताको आधारमा चार्जको अवस्थाको वृद्धि वा घट्ने अनुमान गर्दछ। गतिशील भोल्टेज जानकारीले प्रभावकारी रूपमा लिथियम ब्याट्रीहरूको व्यवहारको अनुकरण गर्न र चार्जको अवस्था (SOC) (%) निर्धारण गर्न सक्छ, तर यो विधिले ब्याट्री क्षमता मूल्य (mAh) अनुमान गर्न सक्दैन।

यसको गणना विधि ब्याट्री भोल्टेज र खुला सर्किट भोल्टेज बीचको गतिशील भिन्नतामा आधारित छ, र चार्जको स्थितिमा प्रत्येक वृद्धि वा घटेको गणना गर्न पुनरावृत्ति एल्गोरिदमहरू प्रयोग गरेर चार्जको अवस्था अनुमान गर्दछ। Coulomb विधि बिजुली मिटरहरूको समाधानको तुलनामा, गतिशील भोल्टेज एल्गोरिदम बिजुली मिटरहरूले समय र वर्तमानमा त्रुटिहरू जम्मा गर्दैनन्। वर्तमान सेन्सिङ त्रुटि र ब्याट्री सेल्फ डिस्चार्जको कारण कूलम्बिक मिटरिङ मिटरहरूमा चार्जको अवस्थाको गलत अनुमान हुन्छ। हालको सेन्सिङ त्रुटि धेरै सानो भए पनि, Coulomb काउन्टरले त्रुटिहरू जम्मा गर्न जारी राख्नेछ, जुन पूर्ण चार्ज वा डिस्चार्ज पछि मात्र हटाउन सकिन्छ।

डायनामिक भोल्टेज एल्गोरिथ्म केवल भोल्टेज जानकारीमा आधारित ब्याट्रीको चार्ज अवस्था अनुमान गर्न प्रयोग गरिन्छ; किनभने ब्याट्रीको हालको जानकारीको आधारमा यो अनुमान गरिएको छैन, त्यहाँ त्रुटिहरूको कुनै संचय छैन। चार्जको अवस्थाको शुद्धता सुधार गर्नको लागि, गतिशील भोल्टेज एल्गोरिदमले पूर्ण रूपमा चार्ज गरिएको र पूर्ण रूपमा डिस्चार्ज गरिएको अवस्थाहरूमा वास्तविक ब्याट्री भोल्टेज वक्रमा आधारित अनुकूलित एल्गोरिदमको प्यारामिटरहरू समायोजन गर्न वास्तविक उपकरण प्रयोग गर्न आवश्यक छ।

     चित्र 8. विद्युत मिटर र लाभ अनुकूलन को लागी गतिशील भोल्टेज एल्गोरिथ्म को प्रदर्शन

चार्जको अवस्थाको सन्दर्भमा विभिन्न डिस्चार्ज दर सर्तहरू अन्तर्गत गतिशील भोल्टेज एल्गोरिदमको प्रदर्शन निम्न छ। चित्रमा देखाइएको रूपमा, यसको चार्ज शुद्धताको अवस्था राम्रो छ। C/2, C/4, C/7, र C/10 को डिस्चार्ज सर्तहरूको बावजुद, यस विधिको चार्ज त्रुटिको समग्र अवस्था 3% भन्दा कम छ।

      चित्र 9. विभिन्न डिस्चार्ज दर सर्तहरू अन्तर्गत डायनामिक भोल्टेज एल्गोरिदमको चार्ज स्टेटको प्रदर्शन

निम्न चित्रले छोटो चार्जिङ र छोटो डिस्चार्जिङ अवस्थाहरूमा ब्याट्रीको चार्ज अवस्था देखाउँछ। चार्जको अवस्थाको त्रुटि अझै धेरै सानो छ, र अधिकतम त्रुटि मात्र 3% छ।

       चित्र 10. छोटो चार्ज र ब्याट्रीहरूको छोटो डिस्चार्जको अवस्थामा डायनामिक भोल्टेज एल्गोरिदमको चार्जको अवस्थाको प्रदर्शन

Coulomb मिटरिङ विधिको तुलनामा, जुन सामान्यतया वर्तमान सेन्सिङ त्रुटिहरू र ब्याट्री सेल्फ डिस्चार्जको कारण चार्जको गलत स्थितिमा परिणाम दिन्छ, गतिशील भोल्टेज एल्गोरिदमले समय र वर्तमानमा त्रुटिहरू जम्मा गर्दैन, जुन एक प्रमुख फाइदा हो। चार्जिङ/डिस्चार्जिङ करेन्टहरूमा जानकारीको कमीको कारणले गर्दा, डायनामिक भोल्टेज एल्गोरिदममा छोटो अवधिको शुद्धता र ढिलो प्रतिक्रिया समय छ। यसबाहेक, यसले पूर्ण चार्जिङ क्षमता अनुमान गर्न सक्दैन। यद्यपि, यसले दीर्घकालीन शुद्धताको सन्दर्भमा राम्रो प्रदर्शन गर्दछ, किनकि ब्याट्री भोल्टेजले अन्ततः यसको चार्जको अवस्थालाई प्रत्यक्ष रूपमा प्रतिबिम्बित गर्दछ।