سایناکو | تولید کننده و وارد کننده باتری و یوپیاس
S-2404 : نحوه کالیبره کردن باتری هوشمند
How-to calibrate a smart battery
کالیبره کردن باتری یا کالیبراسیون باتری اهمیت زیادی در دقت نمایش میزان شارژ باتری دارد و به کاربران در استفاده بهینه از آن کمک می‌کند.
در این راهنما شما را با کالیبره کردن باتری آشنا کرده و مسائل مربوط به آن را بیان می‌کنیم.
کالیبره کردن باتری چیست؟
هنگام طراحی یک سیستم اندازه‌گیری میزان شارژ باتری، معمولاً مهندسان با این فرض که باتری همیشه سالم باقی می‌ماند، اشتباه بزرگی می‌کنند. اما باید دانست که در باتری‌ها هم مثل انسان‌ها، گذشت زمان باعث می‌شود که مشخصات، ظرفیت و میزان شارژ پذیری آن تغییر کند.
بنابراین سنسورهای سوخت باتری می‌توانند با نمایش دادن شارژ باتری، در کاربران احساس امنیت کاذب به وجود آورند.
این مسئله ممکن است در کاربران عادی که از باتری برای تأمین انرژی گوشی همراه یا لپ‌تاپ استفاده می‌کنند، خیلی مشکلی به وجود نیاورد.
ولی در دستگاه‌های پزشکی، نظامی، هواپیماهای بدون سرنشین و خودروهای برقی که نیاز است که پیش‌بینی دقیقی در مورد تأمین انرژی مورد نیاز صورت گیرد، مسئله کاملاً متفاوت و جدی است و نیاز به کالیبره کردن باتری کاملاً احساس می‌شود.
در باتری‌های شیمیایی، میزان شارژ با انرژی واقعی ذخیره شده نمایش داده می‌شود؛ ولی در باتری‌های دیجیتال که با تکیه بر اطلاعات دوره‌های مختلف شارژ و تخلیه، به محاسبه میزان شارژ می‌پردازند مسئله فرق می‌کند.
باتری‌های دیجیتال مانند همه ماشین‌های دیگر، بعد از مدتی نیاز دارند که برای نمایش دقیق اطلاعات مجدداً تنظیم شوند. به این عمل تنظیم که در باتری‌های SMBus اتفاق می‌افتد، کالیبراسیون گفته می‌شود.
به همین دلیل در کاتالوگ بسیاری از دستگاه‌های استفاده کننده از باتری هوشمند مانند آی پد، گفته شده که برای گرفتن گزارش دقیق میزان موجودی شارژ، نیاز است که هر ماه یک بار باتری را کالیبره کنند.
با استفاده از باتری و گذر زمان، میزان نمایش اطلاعات باتری الکتروشیمیایی و باتری دیجیتال از هم دور می‌شوند. کالیبراسیون این خطا را اصلاح می‌کند.
کالیبراسیون، خطای میزان شارژ را اصلاح می‌کند. خطای محاسبه مربوط به برنامه است و نقطه شناور روی نمودار به علت نمایش بهتر اثر برجسته شده است.
کالیبراسیون باتری چگونه انجام می‌شود؟
در یک باتری هوشمند، کالیبره کردن باتری به صورت گاه به گاه با خالی شدن کامل باتری رخ می‌دهد. اما در روند عادی به ندرت این اتفاق می‌افتد.
بیشتر تخلیه‌های نمایشی در شرایط عادی تصادفی بوده و چون به صورت مقطعی است، نمی‌تواند عمل کالیبراسیون را در باتری انجام دهد.
علاوه بر این، میزان شارژ موجود در باتری، اغلب از پالس‌های فرکانس بالا تشکیل شده است که ردیابی آن‌ها و تفسیر دقیق میزان شارژ را بسیار مشکل می‌کند.
هنگامی که باتری کمی تخلیه شود، شما ممکن است که با مقداری شارژ آن را به حالت ظرفیت کامل برسانید. اگر بعد از آن این باتری را در یک اتاق گرم قرار دهید، گرما باعث افزایش تخلیه ناخواسته (تخلیه خودبه‌خودی) در این باتری می‌شود و این امر قابل اجتناب است.
ناهنجاری‌های این چنینی، به خطای نمایش میزان شارژ در طول زمان و استفاده باتری‌های هوشمند می‌افزایند.
برای حفظ دقت، در باتری هوشمند باید به صورت دوره‌ای با خارج کردن کامل شارژ باتری و سپس شارژ کامل آن، عمل کالیبراسیون صورت پذیرد. البته این عمل را می‌توان با کمک دستگاه کالیبراسیون باتری نیز انجام داد.
تخلیه کامل شارژ باعث می‌شود که یک پرچم به عنوان نقطه تخلیه کامل، و شارژ کامل باعث می‌شود که یک پرچم به عنوان نقطه شارژ کامل در باتری ایجاد شود. و محاسبه میزان شارژ بر مبنای این پرچم گذاری جدید انجام پذیرد.
خطی که بین این دو نقطه تخلیه کامل و شارژ کامل ایجاد می‌شود، باعث می‌شود که میزان شارژ موجود باتری (SoC) به صورت دقیق‌تری تخمین زده شود.
با گذشت زمان و استفاده از باتری، این خط دوباره تار شده و باتری نیاز به کالیبراسیون مجدد دارد.
کالیبراسیون با اعمال یک بار شارژ کامل از پایین‌ترین نقطه تا بالاترین نقطه اتفاق می‌افتد. این کار در تجهیزات مختلف با تجزیه و تحلیل باتری به عنوان بخشی از نگه داری باتری انجام می‌شود.
آنالیز کننده باتری چیست و چگونه کار می‌کند؟
دستگاه آنالیز کننده باتری به عنوان ابزاری ارزشمند برای کالیبراسیون باتری هوشمند عمل می‌کند. آنالیز کننده باتری، آن را به طور کامل شارژ کرده و سپس تخلیه کنترل شده‌ای روی آن اعمال می‌کند که در ایجاد نمایش ظرفیت شیمیایی باتری کمک بسیار شایانی می‌کند.
این اندازه گیری انجام شده توسط آنالیز کننده‌های باتری، اندازه گیری دقیق‌تری نسبت به روش‌های شمارش تخلیه مثل شمارش کولن یا ثبت وقایع در باتری هوشمند است.
هر چند وقت یکبار باید باتری را کالیبره کرد؟
پاسخ به این سؤال، به برنامه‌ای که بر روی باتری برای نمایش اطلاعات نصب شده بستگی دارد. با این حال، برای باتری‌های که دائماً در حال استفاده هستند، کالیبراسیون باید هر 3 ماه یکبار یا پس از 40 دوره شارژ انجام پذیرد.
اگر در طی این دوره دستگاه خود به خود یک دوره تخلیه کامل و سپس شارژ کامل را تجربه کرد، دیگر نیازی به کالیبراسیون مجدد در طی این دوره نیست.
آیا کالیبره نکردن باتری‌های هوشمند خطرناک است؟
در واقع کالیبره کردن باتری به دقیق شدن نمایش اطلاعات مربوط به شارژ کمک می‌کند؛ ولی کالیبره نکردن باتری برای کاربران خطری ایجاد نمی‌کند.
علت آن این است که شارژرهای باتری‌های هوشمند از شاخص‌های الکتریکی باتری شیمیایی برای تنظیم میزان شارژ استفاده می‌کنند و هیچ نگرانی در این زمینه وجود ندارد.
اگر باتری کالیبره نشود، باتری به طور معمول به کار خود ادامه می‌دهد؛ ولی ممکن است که نمایش اطلاعات مربوط به میزان شارژ موجود آن دقیق نباشد.
ردیابی امپدانس
در برخی از باتری‌های هوشمند، از تست امپدانس استفاده می‌کنند. تست امپدانس یک الگوریتم خودآموز است که نیاز باتری هوشمند به کالیبراسیون را کاهش داده یا به صورت کامل از بین می‌برد.
در این صورت، اگر کالیبراسیون کامل باتری هوشمند ضروری باشد، ممکن است از اطلاعات چند دوره شارژ و تخلیه باتری برای دستیابی به دقت مورد انتظار از یک سیستم استاندارد استفاده شود.
حداکثر خطای قابل قبول در کالیبراسیون
میزان تفاوت بین باتری شیمیایی و دیجیتال توسط فاکتور حداکثر خطا (Max Error) اندازه‌گیری می‌شود. این فاکتور به صورت درصدی ارائه می‌شود.
کم بودن فاکتور حداکثر خطا به معنای مناسب بودن دقت محاسبه میزان شارژ باتری دیجیتال، و بالا بودن آن نشان دهنده کاهش دقت محاسبه میزان شارژ در باتری‌های دیجیتال است.
برخی از تولیدکنندگان باتری‌های دیجیتال، وجود حداکثر خطای 8 درصدی در میزان اندازه‌گیری شارژ بین باتری شیمیایی و باتری دیجیتالی را مجاز می‌دانند.
وجود خطای بالای 12 درصد ممکن است که زنگ خطر را در مورد استفاده از باتری به صدا درآورد و حداکثر خطای 16 درصد به معنای این است که باتری غیر قابل استفاده است.
البته باید دقت داشت که هیچ استاندارد مدونی برای اینکه واحد تعیین حداکثر خطای مجاز چقدر است وجود ندارد و هر تولیدکننده‌ای توصیه‌های خودش را در این زمینه دارد.
اطلاعات قابل نمایش از باتری هوشمند
در سیستم‌های باتری هوشمند اطلاعات زیادی از باتری هوشمند در اختیار کاربر قرار داده می‌شود.
این اطلاعات شامل تاریخ ساخت باتری، مدل باتری، شماره سریال باتری، ظرفیت، دما، زمان تخمین زده شده برای نگه داری شارژ و همچنین میزان ولتاژها تا سطح یک سلول است.
این اطلاعات که در قالب یک جدول ارائه می‌شود ممکن است برای یک مهندس عالی به نظر برسد، اما نمایش همه این اطلاعات به کاربران عادی باعث گیج شدن آن‌ها خواهد شد.
در واقع یک کاربر عادی، یک پرستار و یک دانشجو تنها می‌خواهند بدانند که باتری دستگاهی که در حال استفاده از آن هستند، چقدر دیگر دوام خواهد آورد؟
داده‌ها در جداول برای کمک به تجزیه و تحلیل عملکرد باتری سازمان یافته‌اند، این قالب برای نمایش به کاربران عادی مناسب نیست.
به صورت خلاصه، از نظر وضعیت سلامتی باتری (SoH) و ظرفیت شارژ کامل یک باتری (FCC) با شمارش تعداد کولن‌ها می‌توان میزان سلامتی و ظرفیت شارژ کامل را محاسبه کرد.
به علاوه، برای محاسبه و تخمین درست وضعیت سلامتی باتری بدون انجام کالیبراسیون، می‌توان از شاخص ظرفیت شارژ کامل باتری نیز بهره گرفت.
اما به هر حال، با یک بار تخلیه کامل و شارژ کامل بعد از آن می‌توان بهترین تخمین و محاسبه را انجام داد.
نتیجه گیری
کالیبره کردن باتری اگر به صورت مداوم و در مقاطع زمانی مناسب انجام شود، می‌تواند برای حفظ دقت نمایش اطلاعات باتری مفید باشد.
به نظر شما کالیبراسیون باتری‌های هوشمند تا چه میزانی می‌تواند برای استفاده بهتر از این باتری‌ها مؤثر باشد؟ آیا شما هم به صورت دوره‌ای باتری‌های دستگاه‌های مختلف خود را کالیبره می‌کنید؟
پیشنهاد : دستگاه تست و آنالایزر باتری
