0

Электронный журнал «Электрорешения»

06.12.2017
Ультразвуковые датчики для измерения заряда аккумулятора

Ученые из Фраунгоферского института химии силикатов разработали датчики, которые на основе ультразвуковых импульсов измеряют уровень заряда батареи. Датчики интегрируются непосредственно в аккумулятор и позволяют получить более точные значения, чем при использовании обычных измерительных систем.

Для электрических средств передвижения и мобильных устройств, которые потребляют электрическую энергию, батареи или аккумуляторы необходимы. Чтобы потребитель мог рассчитать дальность поездки или время работы устройства, нужны системы управления батареями, которые и сами потребляют часть энергии. Инженеры из Фраунгоферского института химии силикатов разработали недорогие датчики, которые встраиваются непосредственно в батарею и позволяют измерить степень заряда более точно, чем обычные системы.

Стационарные аккумуляторы, электромобили и другие приборы постоянно находятся под контролем системы управления аккумуляторами. Они определяют уровень заряда для каждой ячейки на основе значений тока и напряжения. Поскольку для вычислений система управления использует средние значения, результаты могут быть неточными. При частом неполном заряде и использовании некоторых типов батарей точное измерение вообще практически невозможно.

Новый подход позволяет оценивать состояние заряда с помощью ультразвуковых импульсов. Суть его состоит в том, что измеряется плотность анода, которая меняется в зависимости от степени заряда.

Этот метод обладает множеством преимуществ: поскольку зависимость между уровнем заряда и сигналом датчика прямая и линейная, обработка данных проще, а результаты точнее, чем у других измерительных систем. Одно устройство анализа данных учитывает информацию сразу от нескольких ячеек и измеряет состояние заряда только при заряде и разряде – постоянный контроль отсутствует. Это позволяет экономить энергию и снижает стоимость устройства. Поскольку ультразвуковой сигнал зависит от механического состояния ячейки, более полно учитываются процессы старения. Благодаря этому можно получить точную оценку остаточной емкости и вычислить актуальную степень заряда.

Новый метод подходит почти для всех типов батарей, но пока был протестирован для литий-ионных батарей. Появление этого метода особенно важно для развития отрасли электрического транспорта. Поскольку дальность поездки на одном заряде аккумулятора является ключевой проблемой при разработках электромобилей, надежная регистрация уровня заряда – важный фактор развития электромобильности.

Сферы применения

Ультразвуковые датчики можно применять для измерения заряда аккумуляторов не только в электромобилях, но и в дронах, которые все больше используются для осмотров промышленных территорий, ветряных парков и аграрных площадей. При полетах на дальние расстояния надежный мониторинг заряда аккумулятора очень важен для оценки времени автономной работы беспилотника.

Также весьма удобным и выгодным этот метод может стать для стационарных аккумуляторов, когда в одну систему объединяется большое количество ячеек. Датчик, который активируется только по необходимости и получает данные от множества ячеек одновременно, потребляет минимальное количество энергии. В таких системах чаще всего применяются такие типы аккумуляторов, уровень заряда которых сложно точно измерить обычным способом. А вот ультразвуковые датчики с легкостью справляются с этой задачей.

Итак, три преимущества нового метода – надежность, энергоэффективность, экономичность – расширяют возможности измерения уровня заряда аккумуляторов и выводят широко распространенные в электромобильности литий-ионные батареи на новый уровень практичности и удобства в эксплуатации. 

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?