Ličio baterijos įkrovos būsenos (SOC) įvertinimas yra techniškai sudėtingas, ypač tais atvejais, kai akumuliatorius nėra visiškai įkrautas arba visiškai iškrautas. Tokios programos yra hibridinės elektrinės transporto priemonės (HEV). Iššūkis kyla dėl labai plokščių ličio baterijų įtampos iškrovimo charakteristikų. Įtampa beveik nesikeičia nuo 70% SOC iki 20% SOC. Tiesą sakant, įtampos pokytis dėl temperatūros pokyčių yra panašus į įtampos pokytį dėl iškrovos, taigi, jei SOC reikia gauti iš įtampos, elemento temperatūra turi būti kompensuojama.
Kitas iššūkis – akumuliatoriaus talpą lemia mažiausios talpos elemento talpa, todėl SOC reikėtų vertinti ne pagal elemento gnybtų įtampą, o pagal silpniausio elemento gnybtų įtampą. Visa tai skamba šiek tiek per sunku. Taigi kodėl mes tiesiog nepalaikome viso į elementą patenkančios srovės ir nesubalansuojame jos su ištekančia srove? Tai žinoma kaip kulonometrinis skaičiavimas ir skamba pakankamai paprastai, tačiau naudojant šį metodą kyla daug sunkumų.
Baterijosnėra tobulos baterijos. Jie niekada negrąžina to, ką įdėjote į juos. Įkrovimo metu yra nuotėkio srovė, kuri kinta priklausomai nuo temperatūros, įkrovimo greičio, įkrovimo būsenos ir senėjimo.
Akumuliatoriaus talpa taip pat kinta netiesiškai priklausomai nuo išsikrovimo greičio. Kuo greitesnis iškrovimas, tuo mažesnė talpa. Nuo 0,5 C iki 5 C iškrovos sumažinimas gali siekti 15%.
Akumuliatoriai turi žymiai didesnę nuotėkio srovę esant aukštesnei temperatūrai. Vidiniai akumuliatoriaus elementai gali įkaisti labiau nei išoriniai, todėl elementų nuotėkis per akumuliatorių bus nevienodas.
Talpa taip pat priklauso nuo temperatūros. Kai kurios ličio cheminės medžiagos paveikiamos labiau nei kitos.
Siekiant kompensuoti šią nelygybę, akumuliatoriuje naudojamas elementų balansavimas. Ši papildoma nuotėkio srovė nėra išmatuojama už akumuliatoriaus ribų.
Akumuliatoriaus talpa tolygiai mažėja per visą elemento naudojimo laiką ir laikui bėgant.
Bet koks nedidelis dabartinio matavimo poslinkis bus integruotas ir laikui bėgant gali tapti dideliu skaičiumi, rimtai paveikti SOC tikslumą.
Visa tai, kas išdėstyta pirmiau, lems tikslumo poslinkį laikui bėgant, nebent bus reguliariai kalibruojamas, tačiau tai įmanoma tik tada, kai baterija beveik išsikrovusi arba beveik pilna. Naudojant HEV, geriausia, kad akumuliatorius būtų įkrautas maždaug 50 %, todėl vienas iš galimų būdų patikimai pakoreguoti matavimo tikslumą yra periodiškai iki galo įkrauti akumuliatorių. Grynos elektrinės transporto priemonės reguliariai įkraunamos iki galo arba beveik visiškai įkraunamos, todėl kulonometriniais skaičiais pagrįstas matavimas gali būti labai tikslus, ypač jei kompensuojamos kitos akumuliatoriaus problemos.
Raktas į gerą kulometrinio skaičiavimo tikslumą yra geras srovės aptikimas plačiame dinaminiame diapazone.
Tradicinis srovės matavimo metodas mums yra šuntas, tačiau šie metodai krenta, kai dalyvauja didesnės (250A+) srovės. Dėl energijos suvartojimo šuntas turi būti mažo pasipriešinimo. Mažos varžos šuntai netinka mažoms (50mA) srovėms matuoti. Tai iš karto kelia svarbiausią klausimą: kokias mažiausias ir didžiausias sroves reikia išmatuoti? Tai vadinama dinaminiu diapazonu.
Darant prielaidą, kad akumuliatoriaus talpa yra 100 Ah, apytikslis priimtinos integravimo klaidos įvertinimas.
4 amperų klaida sukels 100 % klaidų per dieną arba 0,4 A klaida – 10 % klaidų per dieną.
4/7A klaida sukels 100 % klaidų per savaitę arba 60 mA klaida – 10 % klaidų per savaitę.
4/28A klaida sukels 100 % paklaidą per mėnesį arba 15 mA paklaida sukels 10 % paklaidą per mėnesį, o tai tikriausiai yra geriausias matavimas, kurio galima tikėtis be pakartotinio kalibravimo dėl įkrovimo arba beveik visiško išsikrovimo.
Dabar pažiūrėkime į šuntą, kuris matuoja srovę. 250A atveju 1 m omo šuntas bus viršutinėje pusėje ir gamins 62,5 W. Tačiau esant 15 mA, jis gamins tik 15 mikrovoltų, kurie bus prarasti dėl foninio triukšmo. Dinaminis diapazonas yra 250A/15mA = 17 000:1. Jei 14 bitų A/D keitiklis tikrai gali „matyti“ signalą esant triukšmui, poslinkiui ir dreifui, tuomet reikalingas 14 bitų A/D keitiklis. Svarbi poslinkio priežastis yra termoporos generuojamas įtampos ir įžeminimo kilpos poslinkis.
Iš esmės nėra jutiklio, kuris galėtų matuoti srovę šiame dinaminiame diapazone. Didelės srovės jutikliai reikalingi didesnei traukos ir įkrovimo srovei matuoti, o mažos srovės jutikliai reikalingi, kad būtų galima matuoti, pavyzdžiui, priedų ir bet kokios nulinės srovės būseną. Kadangi mažos srovės jutiklis taip pat "mato" didelę srovę, jis negali būti sugadintas ar sugadintas, išskyrus prisotinimą. Taip iš karto apskaičiuojama šunto srovė.
Sprendimas
Labai tinkama jutiklių šeima yra atviros kilpos Hall efekto srovės jutikliai. Šių prietaisų nepažeis didelės srovės, o „Raztec“ sukūrė jutiklių diapazoną, kuris iš tikrųjų gali matuoti miliampų diapazono sroves per vieną laidininką. 100 mV/AT perdavimo funkcija yra praktiška, todėl 15 mA srovė sukurs 1,5 mV. naudojant geriausią turimą šerdies medžiagą, taip pat galima pasiekti labai mažą pastovumą vieno miliampero diapazone. Esant 100 mV/AT, prisotinimas bus didesnis nei 25 A. Žinoma, mažesnis programavimo stiprinimas leidžia naudoti didesnes sroves.
Didelės srovės matuojamos naudojant įprastus didelės srovės jutiklius. Perjungimas iš vieno jutiklio į kitą reikalauja paprastos logikos.
Naujas „Raztec“ bešerdžių jutiklių asortimentas yra puikus pasirinkimas didelės srovės jutikliams. Šie įrenginiai pasižymi puikiu tiesiškumu, stabilumu ir nuline histereze. Jie lengvai pritaikomi prie įvairių mechaninių konfigūracijų ir srovės diapazonų. Šie prietaisai yra praktiški naudojant naujos kartos magnetinio lauko jutiklius, pasižyminčius puikiu našumu.
Abu jutiklių tipai išlieka naudingi valdant signalo ir triukšmo santykį, kai reikalingas labai didelis dinaminis srovių diapazonas.
Tačiau ypatingas tikslumas būtų nereikalingas, nes pati baterija nėra tikslus kulonų skaitiklis. 5 % paklaida tarp įkrovimo ir iškrovimo būdinga baterijoms, kuriose yra daugiau neatitikimų. Atsižvelgiant į tai, galima naudoti gana paprastą techniką, naudojant pagrindinį akumuliatoriaus modelį. Modelis gali apimti tuščiosios eigos gnybtų įtampą ir talpą, įkrovimo įtampą ir talpą, iškrovimo ir įkrovimo varžas, kurias galima keisti pagal talpą ir įkrovimo / iškrovimo ciklus. Reikia nustatyti tinkamas išmatuotas įtampos laiko konstantas, kad atitiktų išeikvojimo ir atkūrimo įtampos laiko konstantas.
Reikšmingas geros kokybės ličio baterijų pranašumas yra tai, kad esant dideliam iškrovimo greičiui, jos praranda labai mažai talpos. Šis faktas supaprastina skaičiavimus. Jie taip pat turi labai mažą nuotėkio srovę. Sistemos nuotėkis gali būti didesnis.
Šis metodas leidžia įvertinti įkrovos būseną keliais procentiniais punktais nuo faktinės likusios talpos, nustačius atitinkamus parametrus, nereikia skaičiuoti kulonų. Baterija tampa kulonų skaitikliu.
Klaidų šaltiniai dabartiniame jutiklyje
Kaip minėta pirmiau, poslinkio paklaida yra labai svarbi kulonometriniam skaičiui, todėl SOC monitoriuje reikia numatyti, kad jutiklio poslinkis būtų kalibruojamas iki nulio, kai srovė nulinė. Paprastai tai įmanoma tik gamyklos įrengimo metu. Tačiau gali būti sistemų, kurios nustato nulinę srovę ir todėl leidžia automatiškai perkalibruoti poslinkį. Tai ideali situacija, nes galima prisitaikyti prie dreifo.
Deja, visos jutiklių technologijos sukuria šiluminį poslinkį, o srovės jutikliai nėra išimtis. Dabar matome, kad tai yra kritinė savybė. Naudodami kokybiškus komponentus ir rūpestingą „Raztec“ dizainą, sukūrėme termiškai stabilių srovės jutiklių asortimentą, kurių dreifo diapazonas yra <0,25 mA/K. Temperatūros pokytis 20K gali sukelti maksimalią 5 mA paklaidą.
Kitas dažnas srovės jutiklių, turinčių magnetinę grandinę, klaidų šaltinis yra histerezės klaida, kurią sukelia liekamojo magnetizmo. Dažnai tai yra iki 400 mA, todėl tokie jutikliai netinkami akumuliatoriaus stebėjimui. Pasirinkdama geriausią magnetinę medžiagą, Raztec sumažino šią kokybę iki 20 mA ir laikui bėgant ši klaida iš tikrųjų sumažėjo. Jei reikia mažesnės klaidos, galima išmagnetinti, tačiau tai labai sudėtinga.
Mažesnė paklaida yra perdavimo funkcijos kalibravimo poslinkis su temperatūra, tačiau masės jutikliams šis efektas yra daug mažesnis nei elemento veikimo poslinkis nuo temperatūros.
Geriausias SOC įvertinimo būdas yra naudoti tokius metodus kaip stabili tuščiosios eigos įtampa, elementų įtampa, kompensuojama IXR, kulonometriniai skaičiavimai ir parametrų temperatūros kompensavimas. Pavyzdžiui, ilgalaikių integravimo klaidų galima nepaisyti įvertinus SOC tuščiosios arba mažos apkrovos akumuliatoriaus įtampai.
Paskelbimo laikas: 2022-09-09