Vlerësimi i gjendjes së ngarkimit (SOC) të një baterie litium është teknikisht i vështirë, veçanërisht në aplikimet ku bateria nuk është plotësisht e ngarkuar ose e shkarkuar plotësisht.Aplikime të tilla janë automjetet elektrike hibride (HEV).Sfida buron nga karakteristikat shumë të sheshta të shkarkimit të tensionit të baterive të litiumit.Tensioni vështirë se ndryshon nga 70% SOC në 20% SOC.Në fakt, ndryshimi i tensionit për shkak të ndryshimeve të temperaturës është i ngjashëm me ndryshimin e tensionit për shkak të shkarkimit, kështu që nëse SOC do të rrjedhë nga voltazhi, temperatura e qelisë duhet të kompensohet.
Një sfidë tjetër është se kapaciteti i baterisë përcaktohet nga kapaciteti i qelizës me kapacitet më të ulët, kështu që SOC nuk duhet të gjykohet në bazë të tensionit të terminalit të qelizës, por në bazë të tensionit të terminalit të qelizës më të dobët.E gjithë kjo tingëllon paksa e vështirë.Pra, pse të mos mbajmë thjesht sasinë totale të rrymës që rrjedh në qelizë dhe ta balancojmë atë me rrymën që rrjedh jashtë?Kjo njihet si numërimi kuloometrik dhe tingëllon mjaft e thjeshtë, por ka shumë vështirësi me këtë metodë.
Bateritënuk janë bateri perfekte.Ata kurrë nuk e kthejnë atë që ju vendosni në to.Ka rrymë rrjedhjeje gjatë karikimit, e cila ndryshon me temperaturën, shkallën e karikimit, gjendjen e karikimit dhe vjetërimin.
Kapaciteti i një baterie gjithashtu ndryshon në mënyrë jolineare me shkallën e shkarkimit.Sa më shpejt të jetë shkarkimi, aq më i ulët është kapaciteti.Nga një shkarkim 0.5C në një shkarkim 5C, reduktimi mund të jetë deri në 15%.
Bateritë kanë një rrymë rrjedhje dukshëm më të lartë në temperatura më të larta.Qelizat e brendshme në një bateri mund të nxehen më shumë se qelizat e jashtme, kështu që rrjedhja e qelizës përmes baterisë do të jetë e pabarabartë.
Kapaciteti është gjithashtu një funksion i temperaturës.Disa kimikate të litiumit preken më shumë se të tjerët.
Për të kompensuar këtë pabarazi, balancimi i qelizave përdoret brenda baterisë.Kjo rrymë shtesë rrjedhjeje nuk është e matshme jashtë baterisë.
Kapaciteti i baterisë zvogëlohet në mënyrë të qëndrueshme gjatë jetës së qelizës dhe me kalimin e kohës.
Çdo kompensim i vogël në matjen aktuale do të integrohet dhe me kalimin e kohës mund të bëhet një numër i madh, duke ndikuar seriozisht në saktësinë e SOC.
Të gjitha sa më sipër do të rezultojnë në një zhvendosje të saktësisë me kalimin e kohës nëse nuk kryhet kalibrimi i rregullt, por kjo është e mundur vetëm kur bateria është pothuajse e shkarkuar ose pothuajse e mbushur.Në aplikimet HEV është më mirë të mbani baterinë në ngarkesë afërsisht 50%, kështu që një mënyrë e mundshme për të korrigjuar saktësinë e matjes në mënyrë të besueshme është të ngarkoni në mënyrë periodike baterinë plotësisht.Automjetet e pastra elektrike ngarkohen rregullisht plotësisht ose gati plot, kështu që matja e bazuar në numërimet kuloometrike mund të jetë shumë e saktë, veçanërisht nëse kompensohen probleme të tjera të baterisë.
Çelësi i saktësisë së mirë në numërimin kulometrik është zbulimi i mirë i rrymës në një gamë të gjerë dinamike.
Metoda tradicionale e matjes së rrymës është për ne një shunt, por këto metoda bien kur përfshihen rryma më të larta (250A+).Për shkak të konsumit të energjisë, shunti duhet të jetë me rezistencë të ulët.Shantet me rezistencë të ulët nuk janë të përshtatshme për matjen e rrymave të ulëta (50 mA).Kjo ngre menjëherë pyetjen më të rëndësishme: cilat janë rrymat minimale dhe maksimale që duhen matur?Ky quhet diapazoni dinamik.
Duke supozuar një kapacitet baterie prej 100 Ahr, një vlerësim i përafërt i gabimit të pranueshëm të integrimit.
Një gabim 4 Amp do të prodhojë 100% të gabimeve në një ditë ose një gabim 0.4 A do të prodhojë 10% të gabimeve në një ditë.
Një gabim 4/7A do të prodhojë 100% të gabimeve brenda një jave ose një gabim 60 mA do të prodhojë 10% të gabimeve brenda një jave.
Një gabim 4/28A do të prodhojë një gabim 100% në një muaj ose një gabim 15 mA do të prodhojë një gabim 10% në një muaj, që është ndoshta matja më e mirë që mund të pritet pa rikalibrim për shkak të karikimit ose pothuajse shkarkimit të plotë.
Tani le të shohim shuntin që mat rrymën.Për 250A, një shant 1 m oh do të jetë në anën e lartë dhe do të prodhojë 62,5 W.Megjithatë, në 15 mA do të prodhojë vetëm 15 mikrovolt, të cilat do të humbasin në zhurmën e sfondit.Gama dinamike është 250A/15mA = 17000:1.Nëse një konvertues A/D 14-bit mund ta "shohë" sinjalin në zhurmë, zhvendosje dhe lëvizje, atëherë kërkohet një konvertues A/D 14-bit.Një shkak i rëndësishëm i kompensimit është kompensimi i tensionit dhe i lakut të tokës i krijuar nga termoçifti.
Në thelb, nuk ka asnjë sensor që mund të masë rrymën në këtë interval dinamik.Sensorët e rrymës së lartë nevojiten për të matur rrymat më të larta nga shembujt e tërheqjes dhe karikimit, ndërsa sensorë të rrymës së ulët nevojiten për të matur rrymat nga, për shembull, aksesorët dhe çdo gjendje aktuale zero.Meqenëse sensori i rrymës së ulët gjithashtu "sheh" rrymën e lartë, ai nuk mund të dëmtohet ose korruptohet nga këto, përveç ngopjes.Kjo menjëherë llogarit rrymën e shuntit.
Nje zgjidhje
Një familje shumë e përshtatshme sensorësh janë sensorët e rrymës me efekt Hall me lak të hapur.Këto pajisje nuk do të dëmtohen nga rrymat e larta dhe Raztec ka zhvilluar një gamë sensorësh që në fakt mund të matë rrymat në intervalin miliamp përmes një përcjellësi të vetëm.një funksion transferimi prej 100 mV/AT është praktik, kështu që një rrymë 15 mA do të prodhojë një 1.5 mV të përdorshme.duke përdorur materialin bërthamë më të mirë të disponueshëm, mund të arrihet gjithashtu qëndrueshmëri shumë e ulët në rangun e vetëm milliamp.Në 100mV/AT, ngopja do të ndodhë mbi 25 Amper.Fitimi më i ulët i programimit sigurisht që lejon rryma më të larta.
Rrymat e larta maten duke përdorur sensorë konvencionalë të rrymës së lartë.Kalimi nga një sensor në tjetrin kërkon logjikë të thjeshtë.
Gama e re e sensorëve pa bërthamë të Raztec është një zgjedhje e shkëlqyer për sensorë me rrymë të lartë.Këto pajisje ofrojnë linearitet të shkëlqyer, stabilitet dhe histerezë zero.Ato përshtaten lehtësisht me një gamë të gjerë konfigurimesh mekanike dhe diapazon të rrymës.Këto pajisje bëhen praktike duke përdorur një gjeneratë të re sensorësh të fushës magnetike me performancë të shkëlqyer.
Të dy llojet e sensorëve mbeten të dobishëm për menaxhimin e raporteve sinjal-zhurmë me gamën shumë të lartë dinamike të rrymave të kërkuara.
Sidoqoftë, saktësia ekstreme do të ishte e tepërt pasi vetë bateria nuk është një numërues i saktë kulomb.Një gabim prej 5% midis ngarkimit dhe shkarkimit është tipik për bateritë ku ekzistojnë mospërputhje të mëtejshme.Me këtë në mendje, mund të përdoret një teknikë relativisht e thjeshtë duke përdorur një model bazë baterie.Modeli mund të përfshijë tensionin e terminalit pa ngarkesë kundrejt kapacitetit, tensionin e ngarkimit kundrejt kapacitetit, rezistencat e shkarkimit dhe karikimit të cilat mund të modifikohen me kapacitetin dhe ciklet e ngarkimit/shkarkimit.Duhet të vendosen konstante të përshtatshme kohore të matura të tensionit për të akomoduar konstantat e kohës së tensionit të varfërimit dhe rikuperimit.
Një avantazh i rëndësishëm i baterive të litiumit me cilësi të mirë është se ato humbasin shumë pak kapacitet me shkallë të lartë shkarkimi.Ky fakt thjeshton llogaritjet.Ata gjithashtu kanë një rrymë rrjedhjeje shumë të ulët.Rrjedhja e sistemit mund të jetë më e lartë.
Kjo teknikë mundëson vlerësimin e gjendjes së ngarkesës brenda disa pikë përqindjeje të kapacitetit aktual të mbetur pas vendosjes së parametrave të duhur, pa pasur nevojë për numërim kulomb.Bateria bëhet një numërues kulombi.
Burimet e gabimit brenda sensorit aktual
Siç u përmend më lart, gabimi i kompensimit është kritik për numërimin kuloometrik dhe duhet të sigurohet masa brenda monitorit SOC për të kalibruar kompensimin e sensorit në zero në kushtet aktuale zero.Kjo zakonisht është e realizueshme vetëm gjatë instalimit në fabrikë.Megjithatë, mund të ekzistojnë sisteme që përcaktojnë rrymën zero dhe për këtë arsye lejojnë rikalibrimin automatik të kompensimit.Kjo është një situatë ideale pasi mund të akomodohet drift.
Fatkeqësisht, të gjitha teknologjitë e sensorëve prodhojnë zhvendosje termike të kompensimit dhe sensorët aktualë nuk bëjnë përjashtim.Tani mund të shohim se kjo është një cilësi kritike.Duke përdorur komponentë cilësorë dhe dizajn të kujdesshëm në Raztec, ne kemi zhvilluar një sërë sensorësh të rrymës termikisht të qëndrueshme me një gamë zhvendosjeje prej <0,25 mA/K.Për një ndryshim të temperaturës prej 20 K, kjo mund të prodhojë një gabim maksimal prej 5 mA.
Një burim tjetër i zakonshëm i gabimit në sensorët aktualë që përfshijnë një qark magnetik është gabimi i histerezës i shkaktuar nga magnetizmi i mbetur.Kjo është shpesh deri në 400 mA, gjë që i bën sensorë të tillë të papërshtatshëm për monitorimin e baterisë.Duke zgjedhur materialin më të mirë magnetik, Raztec e ka reduktuar këtë cilësi në 20 mA dhe ky gabim në fakt është zvogëluar me kalimin e kohës.Nëse kërkohet më pak gabime, çmagnetizimi është i mundur, por shton një kompleksitet të konsiderueshëm.
Një gabim më i vogël është zhvendosja e kalibrimit të funksionit të transferimit me temperaturën, por për sensorët e masës ky efekt është shumë më i vogël se lëvizja e performancës së qelizës me temperaturën.
Qasja më e mirë për vlerësimin e SOC është përdorimi i një kombinimi teknikash të tilla si tensionet e qëndrueshme pa ngarkesë, tensionet e qelizave të kompensuara nga IXR, numërimet kuloometrike dhe kompensimi i temperaturës së parametrave.Për shembull, gabimet e integrimit afatgjatë mund të injorohen duke vlerësuar SOC për tensionet e baterive pa ngarkesë ose me ngarkesë të ulët.
Koha e postimit: Gusht-09-2022