Anggaran keadaan cas (SOC) bateri litium secara teknikalnya sukar, terutamanya dalam aplikasi di mana bateri tidak dicas sepenuhnya atau dinyahcas sepenuhnya. Aplikasi tersebut ialah kenderaan elektrik hibrid (HEV). Cabaran ini berpunca daripada ciri nyahcas voltan yang sangat rata bagi bateri litium. Voltan hampir tidak berubah daripada 70% SOC kepada 20% SOC. Malah, variasi voltan akibat perubahan suhu adalah serupa dengan variasi voltan akibat nyahcas, jadi jika SOC ingin diperoleh daripada voltan, suhu sel mesti diberi pampasan.
Cabaran lain ialah kapasiti bateri ditentukan oleh kapasiti sel kapasiti terendah, jadi SOC tidak boleh dinilai berdasarkan voltan terminal sel, tetapi pada voltan terminal sel paling lemah. Ini semua kedengaran agak sukar. Jadi mengapa kita tidak menyimpan jumlah arus yang mengalir ke dalam sel dan mengimbanginya dengan arus yang mengalir keluar? Ini dikenali sebagai pengiraan coulometrik dan kedengarannya cukup mudah, tetapi terdapat banyak kesukaran dengan kaedah ini.
Bateribukanlah bateri yang sempurna. Mereka tidak pernah mengembalikan apa yang anda masukkan ke dalam mereka. Terdapat arus bocor semasa pengecasan, yang berbeza mengikut suhu, kadar cas, keadaan cas dan penuaan.
Kapasiti bateri juga berbeza secara tidak linear dengan kadar nyahcas. Lebih cepat pelepasan, lebih rendah kapasiti. Daripada nyahcas 0.5C kepada nyahcas 5C, pengurangan boleh setinggi 15%.
Bateri mempunyai arus bocor yang jauh lebih tinggi pada suhu yang lebih tinggi. Sel dalaman dalam bateri mungkin berjalan lebih panas daripada sel luaran, jadi kebocoran sel melalui bateri akan menjadi tidak sama rata.
Kapasiti juga merupakan fungsi suhu. Sesetengah bahan kimia litium lebih terjejas daripada yang lain.
Untuk mengimbangi ketidaksamaan ini, pengimbangan sel digunakan dalam bateri. Arus kebocoran tambahan ini tidak boleh diukur di luar bateri.
Kapasiti bateri berkurangan secara berterusan sepanjang hayat sel dan dari semasa ke semasa.
Mana-mana offset kecil dalam pengukuran semasa akan disepadukan dan dari masa ke masa mungkin menjadi jumlah yang besar, menjejaskan ketepatan SOC dengan serius.
Semua perkara di atas akan mengakibatkan hanyut dalam ketepatan dari semasa ke semasa melainkan penentukuran biasa dijalankan, tetapi ini hanya boleh dilakukan apabila bateri hampir dinyahcas atau hampir penuh. Dalam aplikasi HEV adalah yang terbaik untuk mengekalkan bateri pada kira-kira 50% cas, jadi satu cara yang mungkin untuk membetulkan ketepatan pemeteran dengan pasti adalah dengan mengecas bateri sepenuhnya secara berkala. Kenderaan elektrik tulen dicas secara tetap kepada penuh atau hampir penuh, jadi pemeteran berdasarkan kiraan kulometric boleh menjadi sangat tepat, terutamanya jika masalah bateri lain dikompensasikan.
Kunci kepada ketepatan yang baik dalam pengiraan coulometrik ialah pengesanan arus yang baik dalam julat dinamik yang luas.
Kaedah tradisional untuk mengukur arus adalah bagi kami shunt, tetapi kaedah ini jatuh ke bawah apabila arus yang lebih tinggi (250A+) terlibat. Oleh kerana penggunaan kuasa, shunt perlu mempunyai rintangan yang rendah. Shunt rintangan rendah tidak sesuai untuk mengukur arus rendah (50mA). Ini segera menimbulkan persoalan yang paling penting: apakah arus minimum dan maksimum yang perlu diukur? Ini dipanggil julat dinamik.
Dengan mengandaikan kapasiti bateri 100Ahr, anggaran kasar ralat penyepaduan yang boleh diterima.
Ralat 4 Amp akan menghasilkan 100% ralat dalam sehari atau ralat 0.4A akan menghasilkan 10% ralat dalam sehari.
Ralat 4/7A akan menghasilkan 100% ralat dalam masa seminggu atau ralat 60mA akan menghasilkan 10% ralat dalam masa seminggu.
Ralat 4/28A akan menghasilkan ralat 100% dalam sebulan atau ralat 15mA akan menghasilkan ralat 10% dalam sebulan, yang mungkin merupakan ukuran terbaik yang boleh dijangka tanpa penentukuran semula kerana pengecasan atau hampir nyahcas sepenuhnya.
Sekarang mari kita lihat shunt yang mengukur arus. Untuk 250A, shunt 1m ohm akan berada di bahagian tinggi dan menghasilkan 62.5W. Walau bagaimanapun, pada 15mA ia hanya akan menghasilkan 15 mikrovolt, yang akan hilang dalam bunyi latar belakang. Julat dinamik ialah 250A/15mA = 17,000:1. Jika penukar A/D 14-bit benar-benar boleh "melihat" isyarat dalam hingar, mengimbangi dan hanyut, maka penukar A/D 14-bit diperlukan. Punca pengimbangan penting ialah pengimbangan voltan dan gelung tanah yang dihasilkan oleh termokopel.
Pada asasnya, tiada penderia yang boleh mengukur arus dalam julat dinamik ini. Penderia arus tinggi diperlukan untuk mengukur arus yang lebih tinggi daripada contoh daya tarikan dan pengecasan, manakala penderia arus rendah diperlukan untuk mengukur arus daripada, contohnya, aksesori dan sebarang keadaan arus sifar. Oleh kerana sensor arus rendah juga "melihat" arus tinggi, ia tidak boleh rosak atau rosak oleh ini, kecuali untuk ketepuan. Ini segera mengira arus shunt.
Satu penyelesaian
Keluarga penderia yang sangat sesuai ialah penderia semasa kesan Hall gelung terbuka. Peranti ini tidak akan rosak oleh arus tinggi dan Raztec telah membangunkan julat sensor yang sebenarnya boleh mengukur arus dalam julat miliamp melalui satu konduktor. fungsi pemindahan 100mV/AT adalah praktikal, jadi arus 15mA akan menghasilkan 1.5mV yang boleh digunakan. dengan menggunakan bahan teras terbaik yang tersedia, remanen yang sangat rendah dalam julat miliamp tunggal juga boleh dicapai. Pada 100mV/AT, ketepuan akan berlaku melebihi 25 Amps. Keuntungan pengaturcaraan yang lebih rendah sudah tentu membolehkan arus yang lebih tinggi.
Arus tinggi diukur menggunakan penderia arus tinggi konvensional. Beralih dari satu sensor ke yang lain memerlukan logik yang mudah.
Rangkaian baru penderia tanpa teras Raztec adalah pilihan terbaik untuk penderia arus tinggi. Peranti ini menawarkan kelinearan yang sangat baik, kestabilan dan histeresis sifar. Ia mudah disesuaikan dengan pelbagai konfigurasi mekanikal dan julat semasa. Peranti ini dibuat praktikal dengan menggunakan penderia medan magnet generasi baharu dengan prestasi cemerlang.
Kedua-dua jenis penderia kekal bermanfaat untuk menguruskan nisbah isyarat-ke-bunyi dengan julat dinamik yang sangat tinggi bagi arus yang diperlukan.
Walau bagaimanapun, ketepatan melampau akan menjadi berlebihan kerana bateri itu sendiri bukanlah pembilang coulomb yang tepat. Ralat 5% antara pengecasan dan nyahcas adalah tipikal untuk bateri yang wujudnya ketidakkonsistenan selanjutnya. Dengan ini, teknik yang agak mudah menggunakan model bateri asas boleh digunakan. Model ini boleh termasuk voltan terminal tanpa beban berbanding kapasiti, voltan cas berbanding kapasiti, rintangan nyahcas dan cas yang boleh diubah suai dengan kitaran kapasiti dan cas/nyahcas. Pemalar masa voltan terukur yang sesuai perlu diwujudkan untuk menampung pemalar masa voltan penyusutan dan pemulihan.
Kelebihan ketara bateri litium berkualiti baik ialah ia kehilangan kapasiti yang sangat sedikit pada kadar nyahcas yang tinggi. Fakta ini memudahkan pengiraan. Mereka juga mempunyai arus kebocoran yang sangat rendah. Kebocoran sistem mungkin lebih tinggi.
Teknik ini membolehkan keadaan anggaran caj dalam beberapa mata peratusan baki kapasiti sebenar selepas menetapkan parameter yang sesuai, tanpa memerlukan pengiraan coulomb. Bateri menjadi pembilang coulomb.
Sumber ralat dalam penderia semasa
Seperti yang dinyatakan di atas, ralat mengimbangi adalah penting untuk kiraan koulometrik dan peruntukan harus dibuat dalam monitor SOC untuk menentukur pengesanan mengimbangi kepada sifar di bawah keadaan semasa sifar. Ini biasanya hanya boleh dilaksanakan semasa pemasangan kilang. Walau bagaimanapun, sistem mungkin wujud yang menentukan arus sifar dan oleh itu membenarkan penentukuran semula automatik bagi ofset. Ini adalah keadaan yang ideal kerana drift boleh ditampung.
Malangnya, semua teknologi penderia menghasilkan hanyutan mengimbangi terma, dan penderia semasa tidak terkecuali. Kita kini dapat melihat bahawa ini adalah kualiti kritikal. Dengan menggunakan komponen berkualiti dan reka bentuk yang teliti di Raztec, kami telah membangunkan rangkaian penderia arus yang stabil secara haba dengan julat drift <0.25mA/K. Untuk perubahan suhu 20K, ini boleh menghasilkan ralat maksimum 5mA.
Satu lagi punca ralat biasa dalam penderia semasa yang menggabungkan litar magnet ialah ralat histerisis yang disebabkan oleh kemagnetan kekal. Ini selalunya sehingga 400mA, yang menjadikan sensor sedemikian tidak sesuai untuk pemantauan bateri. Dengan memilih bahan magnet terbaik, Raztec telah mengurangkan kualiti ini kepada 20mA dan ralat ini sebenarnya telah berkurangan dari semasa ke semasa. Jika kurang ralat diperlukan, penyahmagnetan adalah mungkin, tetapi menambahkan kerumitan yang besar.
Ralat yang lebih kecil ialah hanyut penentukuran fungsi pemindahan dengan suhu, tetapi untuk penderia jisim kesan ini jauh lebih kecil daripada hanyutan prestasi sel dengan suhu.
Pendekatan terbaik untuk anggaran SOC adalah menggunakan gabungan teknik seperti voltan tanpa beban yang stabil, voltan sel yang dikompensasikan oleh IXR, kiraan koulometrik dan pampasan suhu parameter. Sebagai contoh, ralat penyepaduan jangka panjang boleh diabaikan dengan menganggarkan SOC untuk voltan bateri tanpa beban atau beban rendah.
Masa siaran: Ogos-09-2022