Litija akumulatora uzlādes stāvokļa (SOC) novērtēšana ir tehniski sarežģīta, jo īpaši gadījumos, kad akumulators nav pilnībā uzlādēts vai pilnībā izlādējies.Šādi lietojumi ir hibrīdelektriskie transportlīdzekļi (HEV).Izaicinājums izriet no litija bateriju ļoti plakanajām sprieguma izlādes īpašībām.Spriegums gandrīz nemainās no 70% SOC līdz 20% SOC.Faktiski sprieguma izmaiņas temperatūras izmaiņu dēļ ir līdzīgas sprieguma svārstībām izlādes dēļ, tāpēc, ja SOC ir jāatvasina no sprieguma, ir jākompensē elementa temperatūra.
Vēl viens izaicinājums ir tas, ka akumulatora kapacitāti nosaka mazākās jaudas šūnas kapacitāte, tāpēc SOC nav jāvērtē, pamatojoties uz šūnas spaiļu spriegumu, bet gan pēc vājākās šūnas spailes sprieguma.Tas viss izklausās mazliet par grūtu.Tātad, kāpēc mums vienkārši nepaturēt kopējo strāvas daudzumu, kas ieplūst šūnā, un nesabalansēt to ar strāvu, kas izplūst?To sauc par kulometrisko skaitīšanu, un tas izklausās pietiekami vienkārši, taču ar šo metodi ir daudz grūtību.
Baterijasnav ideālas baterijas.Viņi nekad neatgriež to, ko tu tajos ievietoji.Uzlādes laikā ir noplūdes strāva, kas mainās atkarībā no temperatūras, uzlādes ātruma, uzlādes stāvokļa un novecošanas.
Akumulatora ietilpība arī mainās nelineāri atkarībā no izlādes ātruma.Jo ātrāka izlāde, jo mazāka jauda.No 0,5C izlādes līdz 5C izlādei samazinājums var sasniegt pat 15%.
Augstākā temperatūrā akumulatoriem ir ievērojami lielāka noplūdes strāva.Akumulatora iekšējās šūnas var uzkarst vairāk nekā ārējās, tāpēc elementu noplūde caur akumulatoru būs nevienmērīga.
Jauda ir arī temperatūras funkcija.Dažas litija ķīmiskās vielas tiek ietekmētas vairāk nekā citas.
Lai kompensētu šo nevienlīdzību, akumulatorā tiek izmantota šūnu balansēšana.Šī papildu noplūdes strāva nav izmērāma ārpus akumulatora.
Akumulatora ietilpība nepārtraukti samazinās elementa darbības laikā un laika gaitā.
Jebkura neliela pašreizējā mērījuma nobīde tiks integrēta un laika gaitā var kļūt par lielu skaitu, nopietni ietekmējot SOC precizitāti.
Viss iepriekšminētais laika gaitā izraisīs precizitātes novirzi, ja vien netiks veikta regulāra kalibrēšana, taču tas ir iespējams tikai tad, ja akumulators ir gandrīz izlādējies vai gandrīz pilns.HEV lietojumos vislabāk ir uzturēt akumulatoru aptuveni 50% uzlādes, tāpēc viens no iespējamiem veidiem, kā droši koriģēt mērīšanas precizitāti, ir periodiski pilnībā uzlādēt akumulatoru.Tīri elektriskie transportlīdzekļi tiek regulāri uzlādēti līdz pilnai vai gandrīz pilnai, tāpēc mērīšana, pamatojoties uz kulometriskajiem skaitļiem, var būt ļoti precīza, it īpaši, ja tiek kompensētas citas akumulatora problēmas.
Labas kulometriskās skaitīšanas precizitātes atslēga ir laba strāvas noteikšana plašā dinamiskā diapazonā.
Tradicionālā strāvas mērīšanas metode mums ir šunts, bet šīs metodes nokrīt, ja tiek iesaistītas lielākas (250A+) strāvas.Enerģijas patēriņa dēļ šuntam jābūt ar zemu pretestību.Zemas pretestības šunti nav piemēroti zemu (50mA) strāvu mērīšanai.Tas uzreiz rada vissvarīgāko jautājumu: kādas ir minimālās un maksimālās strāvas, kas jāmēra?To sauc par dinamisko diapazonu.
Pieņemot, ka akumulatora jauda ir 100 Ah, aptuvens pieļaujamās integrācijas kļūdas novērtējums.
4 ampēru kļūda radīs 100% kļūdu dienā vai 0,4 A kļūda radīs 10% kļūdu dienā.
4/7A kļūda radīs 100% kļūdu nedēļas laikā vai 60mA kļūda radīs 10% kļūdu nedēļas laikā.
4/28A kļūda radīs 100% kļūdu mēneša laikā vai 15mA kļūda radīs 10% kļūdu mēnesī, kas, iespējams, ir labākais mērījums, ko var sagaidīt bez atkārtotas kalibrēšanas uzlādes vai gandrīz pilnīgas izlādes dēļ.
Tagad apskatīsim šuntu, kas mēra strāvu.250A gadījumā 1 m omu šunts būs augšējā pusē un ražos 62,5 W.Tomēr pie 15 mA tas radīs tikai 15 mikrovoltus, kas tiks zaudēti fona trokšņos.Dinamiskais diapazons ir 250A/15mA = 17 000:1.Ja 14 bitu A/D pārveidotājs patiešām var "redzēt" signālu troksnī, nobīdē un novirzē, tad ir nepieciešams 14 bitu A/D pārveidotājs.Svarīgs nobīdes cēlonis ir termopāra radītā sprieguma un zemējuma cilpas nobīde.
Būtībā nav neviena sensora, kas varētu izmērīt strāvu šajā dinamiskajā diapazonā.Augstas strāvas sensori ir nepieciešami, lai izmērītu lielākas strāvas no vilces un uzlādes piemēriem, savukārt zemas strāvas sensori ir nepieciešami, lai mērītu strāvas no, piemēram, piederumiem un jebkura nulles strāvas stāvokļa.Tā kā mazstrāvas sensors "redz" arī lielo strāvu, tie to nevar sabojāt vai sabojāt, izņemot piesātinājumu.Tas nekavējoties aprēķina šunta strāvu.
Risinājums
Ļoti piemērota sensoru saime ir atvērtās cilpas Hall efekta strāvas sensori.Šīs ierīces nesabojās lielas strāvas, un Raztec ir izstrādājis sensoru diapazonu, kas faktiski var izmērīt strāvas miliampēru diapazonā caur vienu vadītāju.100mV/AT pārsūtīšanas funkcija ir praktiska, tāpēc 15mA strāva radīs izmantojamu 1,5mV.izmantojot labāko pieejamo serdes materiālu, var sasniegt arī ļoti zemu remanenci viena miliampēra diapazonā.Pie 100 mV/AT piesātinājums notiks virs 25 ampēriem.Zemāks programmēšanas pastiprinājums, protams, pieļauj lielākas strāvas.
Lielas strāvas mēra, izmantojot parastos augstas strāvas sensorus.Lai pārslēgtos no viena sensora uz citu, nepieciešama vienkārša loģika.
Raztec jaunais bezkodolu sensoru klāsts ir lieliska izvēle lielas strāvas sensoriem.Šīs ierīces piedāvā izcilu linearitāti, stabilitāti un nulles histerēzi.Tie ir viegli pielāgojami plašam mehānisko konfigurāciju un strāvas diapazonu klāstam.Šīs ierīces ir praktiskas, izmantojot jaunas paaudzes magnētiskā lauka sensorus ar izcilu veiktspēju.
Abi sensoru veidi joprojām ir noderīgi, lai pārvaldītu signāla un trokšņa attiecību ar ļoti augstu nepieciešamo strāvu dinamisko diapazonu.
Tomēr ārkārtēja precizitāte būtu lieka, jo pats akumulators nav precīzs kulonu skaitītājs.5% kļūda starp uzlādi un izlādi ir raksturīga akumulatoriem, kur pastāv papildu neatbilstības.Paturot to prātā, var izmantot salīdzinoši vienkāršu paņēmienu, izmantojot pamata akumulatora modeli.Modelis var ietvert bezslodzes spailes spriegumu pret kapacitāti, uzlādes spriegumu pret jaudu, izlādes un uzlādes pretestību, ko var mainīt ar ietilpību un uzlādes/izlādes cikliem.Ir jānosaka piemērotas izmērītās sprieguma laika konstantes, lai pielāgotos izsīkuma un atjaunošanas sprieguma laika konstantēm.
Labas kvalitātes litija bateriju būtiska priekšrocība ir tā, ka tie zaudē ļoti mazu kapacitāti pie augsta izlādes ātruma.Šis fakts vienkāršo aprēķinus.Viņiem ir arī ļoti zema noplūdes strāva.Sistēmas noplūde var būt lielāka.
Šis paņēmiens ļauj novērtēt uzlādes stāvokli dažos procentu punktos no faktiskās atlikušās jaudas pēc atbilstošo parametru noteikšanas bez kulonu skaitīšanas.Akumulators kļūst par kulonu skaitītāju.
Kļūdu avoti pašreizējā sensorā
Kā minēts iepriekš, nobīdes kļūda ir ļoti svarīga kulonometriskajam skaitam, un SOC monitorā ir jānodrošina sensora nobīdes kalibrēšana līdz nullei nulles strāvas apstākļos.Parasti tas ir iespējams tikai rūpnīcas uzstādīšanas laikā.Tomēr var pastāvēt sistēmas, kas nosaka nulles strāvu un tādējādi ļauj automātiski pārkalibrēt nobīdi.Šī ir ideāla situācija, jo var pielāgoties dreifam.
Diemžēl visas sensoru tehnoloģijas rada termiskās nobīdes novirzi, un strāvas sensori nav izņēmums.Tagad mēs redzam, ka tā ir kritiska kvalitāte.Izmantojot Raztec kvalitatīvas sastāvdaļas un rūpīgu dizainu, mēs esam izstrādājuši virkni termiski stabilu strāvas sensoru ar novirzes diapazonu <0,25 mA/K.Ja temperatūra mainās par 20 K, maksimālā kļūda var būt 5 mA.
Vēl viens izplatīts kļūdu avots strāvas sensoros, kuros ir iekļauta magnētiskā ķēde, ir histerēzes kļūda, ko izraisa paliekošais magnētisms.Bieži vien tas ir līdz 400 mA, kas padara šādus sensorus nederīgus akumulatora uzraudzībai.Izvēloties labāko magnētisko materiālu, Raztec ir samazinājis šo kvalitāti līdz 20mA, un šī kļūda faktiski ir samazinājusies laika gaitā.Ja nepieciešama mazāka kļūda, ir iespējama demagnetizācija, taču tas rada ievērojamu sarežģītību.
Mazāka kļūda ir pārneses funkcijas kalibrēšanas novirze ar temperatūru, bet masas sensoriem šī ietekme ir daudz mazāka nekā šūnas veiktspējas novirze atkarībā no temperatūras.
Labākā pieeja SOC novērtēšanai ir izmantot tādu metožu kombināciju kā stabils tukšgaitas spriegums, šūnu spriegums, ko kompensē ar IXR, kulometriskie skaitļi un parametru temperatūras kompensācija.Piemēram, ilgtermiņa integrācijas kļūdas var ignorēt, novērtējot SOC tukšgaitas vai zemas slodzes akumulatora spriegumiem.
Publicēšanas laiks: 09.09.2022