سایناکو | تولید کننده و وارد کننده باتری و یوپیاس
S-2402 : نحوه کارکردن سنسور سوخت باتری
How the battery fuel sensor works
سنسور سوخت باتری با قابلیت اندازه‌گیری ظرفیت یک باتری هوشمند، می‌تواند اطلاعات درستی را در خصوص طول عمر و ظرفیت باتری را به کاربران بدهد.
تنها راه تعیین طول عمر باتری فقط شمارش تعداد دفعات استفاده یا سن آن نمی‌باشد؛ بلکه تعریف طول عمر باتری تا حد زیادی به استفاده نادرست از باتری باز می‌گردد.
با کم شدن ظرفیت باتری، زمان استفاده از آن کوتاه می‌شود. باتری هوشمند این ظرفیت از دست رفته را محاسبه می‌کند و در شارژ بعدی مورد استفاده قرار می‌دهد؛ ولی این اطلاعات مربوط به سلامتی باتری معمولاً از کاربران مخفی می‌شود. بدین ترتیب، باتری تا زمانی که قابلیت خود را کاملاً از دست می‌دهد و باید تعویض شود، به صورت یک جعبه سیاه که برای کاربران قابل خواندن نیست، به کار خود ادامه می‌دهد.
سنسور سوخت باتری چه کار می‌کند؟
یکی از وظایف اصلی یک باتری هوشمند، برقراری ارتباط بین باتری، شارژر و کاربر است. سنسور سوخت باتری تا حد زیادی این وظیفه را برآورده می‌کند.
با استفاده از سنسور سوخت در باتری هوشمند، در باتری‌های دارای سیستم مدیریت گذرگاه باتری هوشمند(SMBus) ، هنگامی که بر روی دکمه تست فشرده می‌شود، در صورتی که کاملاً شارژ شده باشد، تمام چراغ‌های سیگنال آن روشن می‌شود.
در باتری‌هایی که تا حدودی ظرفیت خود را از دست داده باشند، تعدادی از چراغ‌ها روشن می‌شوند؛ و در باتری‌های خالی همه چراغ‌ها خاموش مانده و چراغ قرمز ظاهر می‌شود.
شکل شماره ۱ سنجش میزان سوخت باتری با سنسور سوخت را نشان می‌دهد که 75 درصد از ظرفیت آن فعال است.
شکل شماره ۱ – میزان شارژ مجدد باتری هوشمند
با فشرده شدن دکمه تست، چراغ‌های سیگنال میزان ظرفیت شارژ واقعی باتری را نشان می‌دهند.
علی رغم اینکه اطلاعات میزان انرژی موجود باتری (SoC) که روی صفحه به کاربر نمایش داده می‌شود، برای کاربر مفید است؛ اما نشان دهنده مدت زمان قابل استفاده آن نیست. (SoC: State of Charge)
در این سنسور اندازه گیری شارژ کامل (100 درصد)، بدون در نظر گرفتن ظرفیت باتری قابل ذخیره نشان داده می‌شود.
بنابراین اگر در یک باتری قدیمی میزان انرژی موجود باتری 100 درصد شارژ را نشان بدهد، در حالی که ظرفیت قابل استفاده آن به کمتر از 50 درصد رسیده باشد، این عدد 100 قابل اعتماد نیست. زیرا این سؤال به وجود می‌آید که 100 درصد از چه چیزی؟
در باتری‌های مشابه سالم که ظرفیت آن‌ها کامل است، باتری با 100 درصد شارژ ممکن است تا 4 ساعت انرژی لازم را تأمین کند؛ ولی اگر نیمی از ظرفیت آن از بین رفته باشد، باتری با شارژ 100 درصد، نهایتاً دو ساعت انرژی را تأمین خواهد کرد.
بسیاری از کاربران اطلاع ندارند که سنسور سوخت باتری فقط میزان انرژی موجود باتری (SoC) را نشان می‌دهد و ظرفیت شاخص مهم سلامت باتری است که هنوز ناشناخته باقی مانده است.
محاسبه ظرفیت کامل در انواع باتری
در باتری‌های شیمیایی، به جز اعمال کنترل بر خروجی انرژی، هیچ روش معتبر دیگری برای اندازه‌گیری ظرفیت باتری وجود ندارد. ولی در باتری‌های دیجیتال، یک راه خوب برای این کار وجود دارد.
اصطلاح ظرفیت کامل در باتری شیمیایی، به ظرفیت انرژی واقعی حاصل از یک بار تخلیه کامل یک باتری اشاره دارد؛ در حالی که باتری دیجیتال، دارای یک مدار نظارت است که با استفاده از شمارش کولن هنگام شارژ و تخلیه باتری، اطلاعات مربوط به ظرفیت تخمینی را ذخیره می‌کند.
در باتری هوشمند، سیستم مدیریت گذرگاه باتری توسط کارخانه به گونه‌ای تنظیم شده که شارژ کامل آن انرژی موجود را 100 درصد نشان دهد.
با هر بار شارژ کامل، باتری میزان شارژ کامل موجود را بازنشانی کرده و هنگام تخلیه انرژی، شمارنده کولن انرژی مصرف شده را اندازه‌گیری می‌کند.
ظرفیت شارژ کامل در باتری هوشمند
به غیر از سنسور سوخت باتری، از مقایسه میزان کولن‌های شمارش شده هنگام ورود و خروج انرژی، می‌توان برای برآورد وضعیت سلامت باتری یا ظرفیت شارژ کامل (FCC) استفاده کرد.
(FCC: Full charge capacity)
هر چه باتری با مصرف مداوم و در طول زمان ضعیف‌تر شود، انرژی تخلیه شده نیز کاهش یافته و مقدار ظرفیت شارژ کامل نیز کاهش خواهد یافت.
دقت ظرفیت شارژ کامل با خطای تقریبی 5 درصد است و کالیبراسیون دوره‌ای دقت ظرفیت شارژ کامل را افزایش می‌دهد.
همچنین می‌توان برای محاسبه ظرفیت کامل، از شمارش کولن در هنگام تخلیه شارژ نیز استفاده کرد. برای این محاسبه لازم است که باتری به صورت کامل خالی باشد.
یک باتری با ظرفیت 100 درصد تعداد کامل کولن را دریافت می‌کند. ولی با ظرفیت 50 درصد فقط با دریافت نیمی از کولن‌های مورد انتظار، به شارژ 100 درصد می‌رسد.
البته ندانستن انرژی موجود باتری می‌تواند در پایین آمدن دقت شمارش کولن تأثیر بگذارد. برای رفع این نقص می‌توان با استفاده از اندازه گیری ولتاژ مدار باز (OCV) میزان موجود باتری را تخمین زد.
(OCV: Open Circuit Voltage)
البته باید دقت داشت که اندازه گیری ولتاژ مدار بازT فقط می‌تواند یک تقریب از انرژی موجود باتری را نشان دهد، زیرا مواردی مثل تحریک پس از شارژ و همچنین درجه حرارت بر روی این اندازه‌گیری تأثیر می‌گذارد.
نشانگر ظرفیت سه حالته
اطلاعات مربوط به میزان انرژی موجود باتری و ظرفیت آن که از سنسور سوخت باتری دریافت می‌شود را می‌توان با چراغ‌های LED رنگی بر روی یک صفحه نمایش خطی نشان داد.
در این نشانگر ظرفیت سه حالته، چراغ‌های سبز ظرفیت قابل استفاده را نشان می‌دهند. قسمت خالی باتری با LED های خاموش نشان داده شده و قسمت غیر قابل استفاده با LED های قرمز نشان داده می‌شود.
این نتایج را همچنین می‌توان بر روی یک نمایشگر دیجیتال نیز نمایش داد.
سنسور سوخت باتری سه حالت از اطلاعات باتری را که توسط مدیریت گذرگاه باتری هوشمند خوانده شده را بر روی یک نوار LED چند رنگ نمایش می‌دهد.
عملکرد میزان انرژی کامل (SoF)
نشانگر ظرفیت سه حالته، امکان عملکرد نمایش میزان انرژی کامل (SoF) را فراهم می‌کند که بهترین روش برای تشخیص میزان ظرفیت باتری است. (SoF: State-of-function )
البته بعضی از تولیدکنندگان در ارائه این عملکرد مردد هستند؛ زیرا این قابلیت منجر به افزایش ادعاهای مشتریان برای دریافت خدمات گارانتی خواهد شد.
با این استدلال که فقط در صورت کاهش ظرفیت باتری به زیر 80 درصد تعویض باتری اجباری می‌شود، تولید کنندگان امکان مشاهده شواهد افت ظرفیت باتری را از کاربران مخفی می‌کنند.
با این حال میزان انرژی کامل با یک کد دستوری قابل دسترسی است. این قابلیت در مصارف صنعتی کاربرد بسیار زیادی دارد.
ظرفیت باتری هوشمند در خودروهای دارای پیشران الکتریکی
خودروهای دارای پیشران الکتریکی میزان شارژ خودرو را نمایش نمی‌دهند، بلکه فقط محدود رانندگی باقیمانده را نشان می‌دهند و با این تکنیک ظرفیت واقعی باتری‌ها مخفی نگه داشته می‌شود.
همچنین برای کم رنگ شدن مسئله افت ظرفیت باتری که باعث کاهش دامنه رانندگی در این خودروها می‌شود، وجود داشتن باتری EV (با ظرفیت بالا) بزرگ‌نمایی می‌شود.
در حالی که واقعیت این است که با هر بار شارژ، باتری‌ها ظرفیتشان در حال کاهش است و این واقعیت با افزایش سن باتری و افت ظرفیت باتری به وضوح قابل مشاهده و تشخیص می‌شود.
محدوده رانندگی کمتر به‌مرورزمان خود را نشان خواهد داد.
نتیجه گیری
نمایش میزان موجود باتری (SoC) در باتری‌های هوشمند از اهمیت زیادی برخوردار است. این اطلاعات با کمک سنسور سوخت باتری به خوبی انجام می‌پذیرد.
اما این اطلاعات بدون دانستن ظرفیت کامل باتری (SoF) ناقص است و نمی‌تواند کاربر را در میزان استفاده واقعی که از باتری می‌تواند داشته باشد راهنمایی کند.
نشانگر ظرفیت سه حالته راه حل خوبی برای نشان دادن میزان ظرفیت از دست رفته و میزان شارژ موجود و شارژ خالی باتری هوشمند در کنار یکدیگر است.
راه حل خوبی که حتماً باید در همه دستگاه‌های استفاده کننده از باتری هوشمند ارائه شود.
به نظر شما آیا نمایش دادن ظرفیت واقعی یک باتری هوشمند، جزو حقوق کاربران نیست؟ و آیا نباید قوانینی وضع شود که تولید کنندگان را ملزم به نمایش میزان ظرفیت کامل باتری هوشمند نماید؟
پیشنهاد : چگونه ظرفیت باتری را اندازه گیری کنیم؟
منبع : باتری یونیورسیتی
