Ацэнка стану зарада (SOC) літыевай батарэі тэхнічна складаная, асабліва ў прыкладаннях, дзе батарэя не цалкам зараджана або цалкам разраджана. Такімі прыкладаннямі з'яўляюцца гібрыдныя электрамабілі (HEV). Праблема звязана з вельмі роўнымі характарыстыкамі разраду напружання літыевых батарэй. Напружанне амаль не змяняецца ад 70% SOC да 20% SOC. Фактычна, змяненне напружання з-за змены тэмпературы падобнае на змяненне напружання з-за разраду, таму, калі SOC трэба атрымаць з напружання, неабходна кампенсаваць тэмпературу элемента.
Іншая праблема заключаецца ў тым, што ёмістасць акумулятара вызначаецца ёмістасцю элемента з самай нізкай ёмістасцю, таму SOC варта ацэньваць не па напрузе на клемах элемента, а па напрузе на клемах самага слабога элемента. Усё гэта гучыць занадта складана. Дык чаму б нам проста не захаваць агульную колькасць току, які цячэ ў клетку, і не збалансаваць яго з токам, які выцякае? Гэта вядома як куламетрычны падлік і гучыць досыць проста, але з гэтым метадам шмат цяжкасцей.
Батарэіне ідэальныя батарэі. Яны ніколі не вяртаюць тое, што вы ўклалі ў іх. Падчас зарадкі адбываецца ток уцечкі, які залежыць ад тэмпературы, хуткасці зарада, стану зарада і старэння.
Ёмістасць акумулятара таксама змяняецца нелінейна ў залежнасці ад хуткасці разраду. Чым хутчэй разрад, тым менш ёмістасць. Ад разраду 0,5C да разраду 5C зніжэнне можа дасягаць 15%.
Акумулятары маюць значна большы ток уцечкі пры больш высокіх тэмпературах. Унутраныя элементы батарэі могуць награвацца мацней, чым знешнія элементы, таму ўцечка элемента праз батарэю будзе нераўнамернай.
Ёмістасць таксама залежыць ад тэмпературы. Некаторыя літыевыя хімікаты падвяргаюцца ўздзеянню больш, чым іншыя.
Каб кампенсаваць гэтую няроўнасць, у акумулятары выкарыстоўваецца балансаванне элементаў. Гэты дадатковы ток уцечкі немагчыма вымераць па-за батарэяй.
Ёмістасць акумулятара няўхільна памяншаецца на працягу тэрміну службы элемента і з часам.
Любое невялікае зрушэнне ў бягучым вымярэнні будзе інтэгравана і з цягам часу можа стаць вялікім лікам, што сур'ёзна паўплывае на дакладнасць SOC.
Усё вышэйпералічанае прывядзе да зніжэння дакладнасці з цягам часу, калі не праводзіцца рэгулярная каліброўка, але гэта магчыма толькі тады, калі акумулятар амаль разраджаны або амаль поўны. У прылажэннях HEV лепш за ўсё падтрымліваць зарад акумулятара прыкладна на 50%, таму адзін з магчымых спосабаў надзейнай карэкціроўкі дакладнасці вымярэння - гэта перыядычная поўная зарадка акумулятара. Чыста электрычныя транспартныя сродкі рэгулярна зараджаюцца да поўнай або амаль поўнай зарадкі, таму вымярэнні, заснаваныя на куламетрычных падліках, могуць быць вельмі дакладнымі, асабліва калі кампенсаваць іншыя праблемы з батарэяй.
Ключ да добрай дакладнасці куламетрычнага падліку - добрае выяўленне току ў шырокім дынамічным дыяпазоне.
Традыцыйны метад вымярэння току для нас - гэта шунт, але гэтыя метады не працуюць, калі задзейнічаны больш высокія токі (250 А+). З-за энергаспажывання шунт павінен мець нізкі супраціў. Шунты з нізкім супраціўленнем не падыходзяць для вымярэння малых (50 мА) токаў. Тут адразу ж узнікае самае важнае пытанне: якія мінімальны і максімальны токі трэба вымераць? Гэта называецца дынамічным дыяпазонам.
Калі выказаць здагадку, што ёмістасць акумулятара складае 100 Аг, прыблізная ацэнка прымальнай памылкі інтэграцыі.
Памылка ў 4 А выкліча 100% памылак у дзень, а памылка ў 0,4 А прывядзе да 10% памылак у дзень.
Памылка 4/7 А прывядзе да 100% памылак на працягу тыдня, а памылка 60 мА прывядзе да 10% памылак на працягу тыдня.
Памылка 4/28 А дасць памылку 100% праз месяц, а памылка 15 мА дасць памылку 10% праз месяц, што, верагодна, з'яўляецца лепшым вымярэннем, якое можна чакаць без паўторнай каліброўкі з-за зарадкі або амаль поўнай разрадкі.
Зараз давайце паглядзім на шунт, які вымярае ток. Для 250 А шунт на 1 мОм будзе на высокім баку і вырабляць 62,5 Вт. Аднак пры 15 мА ён будзе вырабляць толькі 15 мікравольт, якія будуць губляцца ў фонавым шуме. Дынамічны дыяпазон 250A/15mA = 17000:1. Калі 14-разрадны аналагава-цыфравы пераўтваральнік сапраўды можа "бачыць" сігнал у шуме, зрушэнні і дрэйфе, то патрабуецца 14-разрадны аналагава-цыфравы пераўтваральнік. Важнай прычынай зрушэння з'яўляецца зрушэнне напружання і контуру зазямлення, якое ствараецца тэрмапарай.
Па сутнасці, не існуе датчыка, які можа вымяраць ток у гэтым дынамічным дыяпазоне. Датчыкі моцнага току патрэбныя для вымярэння большых токаў ад прыкладаў цягі і зарадкі, у той час як датчыкі слабога току патрэбныя для вымярэння токаў, напрыклад, аксесуараў і любога стану нулявога току. Паколькі датчык малога току таксама "бачыць" моцны ток, ён не можа быць пашкоджаны або пашкоджаны імі, за выключэннем насычэння. Гэта адразу ж разлічвае ток шунта.
Рашэнне
Вельмі прыдатным сямействам датчыкаў з'яўляюцца датчыкі току з адкрытым контурам Хола. Гэтыя прылады не будуць пашкоджаныя моцнымі токамі, і Raztec распрацаваў шэраг датчыкаў, якія сапраўды могуць вымяраць сілу току ў міліамперным дыяпазоне праз адзін праваднік. перадаткавая функцыя 100 мВ/AT з'яўляецца практычнай, таму ток 15 мА будзе вырабляць карысныя 1,5 мВ. выкарыстоўваючы лепшы з даступных матэрыялаў стрыжня, таксама можна дасягнуць вельмі нізкай рэшткавай намагнічанасці ў дыяпазоне ад аднаго міліампера. Пры 100mV/AT насычэнне будзе звыш 25 ампер. Ніжэйшы каэфіцыент праграмнага ўзмацнення, вядома, дазваляе выкарыстоўваць больш высокія токі.
Вялікія токі вымяраюцца з дапамогай звычайных датчыкаў моцнага току. Пераключэнне з аднаго датчыка на іншы патрабуе простай логікі.
Новая серыя датчыкаў без стрыжня Raztec - выдатны выбар для датчыкаў моцнага току. Гэтыя прылады забяспечваюць выдатную лінейнасць, стабільнасць і нулявы гістэрэзіс. Яны лёгка адаптуюцца да шырокага дыяпазону механічных канфігурацый і дыяпазонаў току. Гэтыя прылады практычныя дзякуючы выкарыстанню новага пакалення датчыкаў магнітнага поля з выдатнымі характарыстыкамі.
Абодва тыпы датчыкаў застаюцца карыснымі для кіравання суадносінамі сігнал/шум з вельмі высокім дынамічным дыяпазонам неабходных токаў.
Аднак надзвычайная дакладнасць будзе залішняй, бо сама батарэя не з'яўляецца дакладным лічыльнікам кулона. Хібка ў 5% паміж зарадам і разрадам тыповая для батарэй, дзе існуюць дадатковыя неадпаведнасці. Маючы гэта на ўвазе, можна выкарыстоўваць адносна простую тэхніку з выкарыстаннем базавай мадэлі батарэі. Мадэль можа ўключаць у сябе залежнасць напружання халастога ходу ад ёмістасці, напружання зарада ад ёмістасці, супраціўлення разраду і зараду, якія могуць быць зменены з дапамогай ёмістасці і цыклаў зарада/разраду. Неабходна ўсталяваць прыдатныя вымераныя канстанты часу напружання, каб улічыць канстанты часу напругі знясілення і аднаўлення.
Значнай перавагай якасных літыевых батарэй з'яўляецца тое, што яны губляюць вельмі мала ёмістасці пры высокай хуткасці разраду. Гэты факт спрашчае разлікі. Яны таксама маюць вельмі нізкі ток уцечкі. Уцечка сістэмы можа быць вышэй.
Гэты метад дазваляе ацэньваць стан зарада ў межах некалькіх працэнтных пунктаў ад фактычнай пакінутай ёмістасці пасля ўстанаўлення адпаведных параметраў без неабходнасці падліку ў Кулоне. Батарэя становіцца лічыльнікам кулона.
Крыніцы памылак у бягучым датчыку
Як ужо згадвалася вышэй, памылка зрушэння мае вырашальнае значэнне для куламетрычнага падліку, і ў маніторы SOC неабходна адкалібраваць зрушэнне датчыка да нуля ва ўмовах нулявога току. Звычайна гэта магчыма толькі падчас заводскай устаноўкі. Аднак могуць існаваць сістэмы, якія вызначаюць нулявы ток і, такім чынам, дазваляюць аўтаматычна перакалібраваць зрушэнне. Гэта ідэальная сітуацыя, бо дрэйф можа быць прыстасаваны.
На жаль, усе тэхналогіі датчыкаў ствараюць дрэйф цеплавога зрушэння, і датчыкі току не з'яўляюцца выключэннем. Цяпер мы бачым, што гэта важная якасць. Выкарыстоўваючы якасныя кампаненты і дбайны дызайн у Raztec, мы распрацавалі шэраг тэрмаўстойлівых датчыкаў току з дыяпазонам дрэйфу <0,25 мА/К. Пры змене тэмпературы на 20K гэта можа выклікаць максімальную памылку ў 5 мА.
Яшчэ адной распаўсюджанай крыніцай памылак у датчыках току, якія ўключаюць магнітны ланцуг, з'яўляецца памылка гістарэзісу, выкліканая рэшткавым магнетызмам. Гэта часта дасягае 400 мА, што робіць такія датчыкі непрыдатнымі для маніторынгу батарэі. Выбраўшы найлепшы магнітны матэрыял, Raztec знізіла гэтую якасць да 20 мА, і з цягам часу гэтая памылка фактычна зменшылася. Калі патрабуецца меншая памылка, размагнічванне магчыма, але дадае значную складанасць.
Меншая памылка - гэта дрэйф каліброўкі перадаткавай функцыі з тэмпературай, але для датчыкаў масы гэты эфект значна меншы, чым дрэйф прадукцыйнасці ячэйкі з тэмпературай.
Найлепшым падыходам да ацэнкі SOC з'яўляецца выкарыстанне камбінацыі такіх метадаў, як стабільнае напружанне халастога ходу, напружанне элемента, кампенсаванае IXR, куламетрычныя падлікі і тэмпературная кампенсацыя параметраў. Напрыклад, доўгатэрміновыя памылкі інтэграцыі можна ігнараваць, ацэньваючы SOC для напружання батарэі без нагрузкі або нізкай нагрузкі.
Час публікацыі: 9 жніўня 2022 г