Beraming van die toestand van lading (SOC) van 'n litiumbattery is tegnies moeilik, veral in toepassings waar die battery nie ten volle gelaai of heeltemal ontlaai is nie.Sulke toepassings is hibriede elektriese voertuie (HEV's).Die uitdaging spruit uit die baie plat spanning-ontladingseienskappe van litiumbatterye.Die spanning verander skaars van 70% SOC na 20% SOC.Trouens, die spanningsvariasie as gevolg van temperatuurveranderinge is soortgelyk aan die spanningsvariasie as gevolg van ontlading, dus as die SOC van die spanning afgelei moet word, moet die seltemperatuur vergoed word.
Nog 'n uitdaging is dat die batterykapasiteit bepaal word deur die kapasiteit van die sel met die laagste kapasiteit, dus moet die SOC nie op grond van die terminaalspanning van die sel beoordeel word nie, maar op die terminaalspanning van die swakste sel.Dit klink alles 'n bietjie te moeilik.So hoekom hou ons nie bloot die totale hoeveelheid stroom wat in die sel vloei en balanseer dit met die stroom wat uitvloei nie?Dit staan bekend as coulometriese telling en klink eenvoudig genoeg, maar daar is baie probleme met hierdie metode.
Batteryeis nie perfekte batterye nie.Hulle gee nooit terug wat jy in hulle sit nie.Daar is lekstroom tydens laai, wat wissel met temperatuur, laaitempo, toestand van lading en veroudering.
Die kapasiteit van 'n battery wissel ook nie-lineêr met die tempo van ontlading.Hoe vinniger die ontlading, hoe laer die kapasiteit.Van 'n 0.5C-ontlading tot 'n 5C-ontlading kan die vermindering so hoog as 15% wees.
Batterye het 'n aansienlik hoër lekstroom by hoër temperature.Die interne selle in 'n battery kan warmer loop as die eksterne selle, so die sellekkasie deur die battery sal ongelyk wees.
Kapasiteit is ook 'n funksie van temperatuur.Sommige litiumchemikalieë word meer geraak as ander.
Om vir hierdie ongelykheid te vergoed, word selbalansering binne die battery gebruik.Hierdie bykomende lekstroom is nie buite die battery meetbaar nie.
Die batterykapasiteit neem geleidelik af oor die lewe van die sel en mettertyd.
Enige klein offset in die huidige meting sal geïntegreer word en kan mettertyd 'n groot aantal word, wat die akkuraatheid van die SOC ernstig beïnvloed.
Al die bogenoemde sal 'n afwyking in akkuraatheid met verloop van tyd tot gevolg hê, tensy gereelde kalibrasie uitgevoer word, maar dit is slegs moontlik wanneer die battery amper ontlaai of amper vol is.In HEV-toepassings is dit die beste om die battery op ongeveer 50% lading te hou, so een moontlike manier om die meetakkuraatheid betroubaar reg te stel, is om die battery periodiek ten volle te laai.Suiwer elektriese voertuie word gereeld tot vol of amper vol gelaai, so meting gebaseer op coulometriese tellings kan baie akkuraat wees, veral as ander batteryprobleme vergoed word.
Die sleutel tot goeie akkuraatheid in coulometriese telling is goeie stroomopsporing oor 'n wye dinamiese reeks.
Die tradisionele metode om stroom te meet is vir ons 'n shunt, maar hierdie metodes val af wanneer hoër (250A+) strome betrokke is.As gevolg van die kragverbruik moet die shunt van lae weerstand wees.Lae weerstand shunts is nie geskik vir die meet van lae (50mA) strome nie.Dit laat dadelik die belangrikste vraag ontstaan: wat is die minimum en maksimum strome wat gemeet moet word?Dit word die dinamiese reeks genoem.
As 'n batterykapasiteit van 100Ahr aanvaar word, is 'n rowwe skatting van die aanvaarbare integrasiefout.
'n 4 Amp fout sal 100% van foute in 'n dag produseer of 'n 0.4A fout sal 10% van foute in 'n dag produseer.
'n 4/7A-fout sal 100% van foute binne 'n week produseer of 'n 60mA-fout sal 10% van foute binne 'n week produseer.
'n 4/28A-fout sal 'n 100%-fout in 'n maand produseer of 'n 15mA-fout sal 'n 10%-fout in 'n maand produseer, wat waarskynlik die beste meting is wat verwag kan word sonder herkalibrasie as gevolg van laai of byna volledige ontlading.
Kom ons kyk nou na die shunt wat die stroom meet.Vir 250A sal 'n 1m ohm-shunt aan die hoë kant wees en 62.5W produseer.By 15mA sal dit egter net 15 mikrovolt produseer, wat in die agtergrondgeraas verlore gaan.Die dinamiese omvang is 250A/15mA = 17 000:1.As 'n 14-bis A/D-omsetter werklik die sein in geraas, offset en drywing kan "sien", dan is 'n 14-bis A/D-omsetter nodig.'n Belangrike oorsaak van offset is die spanning en grondlus offset wat deur die termokoppel gegenereer word.
Fundamenteel is daar geen sensor wat stroom in hierdie dinamiese reeks kan meet nie.Hoëstroomsensors is nodig om die hoër strome van vastrap- en laaivoorbeelde te meet, terwyl laestroomsensors nodig is om strome van byvoorbeeld bykomstighede en enige nulstroomtoestand te meet.Aangesien die laestroomsensor ook die hoë stroom "sien", kan dit nie daardeur beskadig of gekorrupteer word nie, behalwe vir versadiging.Dit bereken onmiddellik die shuntstroom.
'n Oplossing
'n Baie geskikte familie van sensors is ooplus Hall-effek stroomsensors.Hierdie toestelle sal nie deur hoë strome beskadig word nie en Raztec het 'n sensorreeks ontwikkel wat eintlik strome in die milliamp-reeks deur 'n enkele geleier kan meet.'n oordragfunksie van 100mV/AT is prakties, so 'n 15mA stroom sal 'n bruikbare 1.5mV produseer.deur die beste beskikbare kernmateriaal te gebruik, kan baie lae remanensie in die enkele milliamperereeks ook bereik word.By 100mV/AT sal versadiging bo 25 Ampère voorkom.Die laer programmeringswins laat natuurlik hoër strome toe.
Hoë strome word gemeet met behulp van konvensionele hoëstroomsensors.Om van een sensor na 'n ander oor te skakel, verg eenvoudige logika.
Raztec se nuwe reeks kernlose sensors is 'n uitstekende keuse vir hoëstroomsensors.Hierdie toestelle bied uitstekende lineariteit, stabiliteit en nul histerese.Hulle is maklik aanpasbaar by 'n wye reeks meganiese konfigurasies en stroomreekse.Hierdie toestelle word prakties gemaak deur die gebruik van 'n nuwe generasie magnetiese veldsensors met uitstekende werkverrigting.
Beide sensortipes bly voordelig vir die bestuur van sein-tot-geraas-verhoudings met die baie hoë dinamiese reeks strome wat benodig word.
Uiterste akkuraatheid sal egter oorbodig wees aangesien die battery self nie 'n akkurate coulomb-teller is nie.'n Fout van 5% tussen laai en ontlading is tipies vir batterye waar verdere teenstrydighede bestaan.Met dit in gedagte, kan 'n relatief eenvoudige tegniek wat 'n basiese batterymodel gebruik, gebruik word.Die model kan geen-las terminaal spanning teenoor kapasiteit, lading spanning versus kapasiteit, ontlading en lading weerstande insluit wat met kapasiteit en lading/ontlading siklusse verander kan word.Geskikte gemete spanningstydkonstantes moet vasgestel word om die uitputting- en herstelspanningtydkonstantes te akkommodeer.
'n Beduidende voordeel van goeie kwaliteit litiumbatterye is dat hulle baie min kapasiteit verloor teen hoë ontladingstempo's.Hierdie feit vereenvoudig berekeninge.Hulle het ook 'n baie lae lekstroom.Stelsellekkasie kan hoër wees.
Hierdie tegniek maak staat van lading skatting moontlik binne 'n paar persentasiepunte van die werklike oorblywende kapasiteit nadat die toepaslike parameters vasgestel is, sonder die behoefte vir coulomb-telling.Die battery word 'n coulomb-teller.
Foutbronne binne die huidige sensor
Soos hierbo genoem, is die offsetfout van kritieke belang vir die coulometriese telling en voorsiening moet binne die SOC monitor gemaak word om die sensor offset na nul te kalibreer onder nul huidige toestande.Dit is gewoonlik slegs haalbaar tydens fabrieksinstallasie.Daar kan egter stelsels bestaan wat nulstroom bepaal en dus outomatiese herkalibrasie van die offset toelaat.Dit is 'n ideale situasie aangesien drif geakkommodeer kan word.
Ongelukkig produseer alle sensortegnologieë termiese offset-drywing, en stroomsensors is geen uitsondering nie.Ons kan nou sien dat dit 'n kritieke eienskap is.Deur kwaliteit komponente en noukeurige ontwerp by Raztec te gebruik, het ons 'n reeks termies-stabiele stroomsensors met 'n wegdrywingreeks van <0.25mA/K ontwikkel.Vir 'n temperatuurverandering van 20K kan dit 'n maksimum fout van 5mA veroorsaak.
Nog 'n algemene bron van foute in stroomsensors wat 'n magnetiese stroombaan insluit, is die histerese fout wat veroorsaak word deur remanente magnetisme.Dit is dikwels tot 400mA, wat sulke sensors ongeskik maak vir batterymonitering.Deur die beste magnetiese materiaal te kies, het Raztec hierdie kwaliteit tot 20mA verminder en hierdie fout het eintlik mettertyd verminder.As minder foute vereis word, is demagnetisering moontlik, maar voeg aansienlike kompleksiteit by.
'n Kleiner fout is die drywing van die oordragfunksie-kalibrasie met temperatuur, maar vir massasensors is hierdie effek baie kleiner as die drywing van die sel se werkverrigting met temperatuur.
Die beste benadering tot SOC-beraming is om 'n kombinasie van tegnieke te gebruik soos stabiele geenlasspannings, selspannings wat deur IXR vergoed word, coulometriese tellings en temperatuurkompensasie van parameters.Byvoorbeeld, langtermyn-integrasiefoute kan geïgnoreer word deur die SOC vir geen- of lae-lading batteryspannings te skat.
Postyd: Aug-09-2022