Ang pagtatantya ng state of charge (SOC) ng isang lithium na baterya ay teknikal na mahirap, lalo na sa mga application kung saan ang baterya ay hindi ganap na na-charge o ganap na na-discharge.Ang mga naturang aplikasyon ay hybrid electric vehicles (HEVs).Ang hamon ay nagmumula sa napaka-flat na katangian ng paglabas ng boltahe ng mga bateryang lithium.Halos hindi nagbabago ang boltahe mula 70% SOC hanggang 20% SOC.Sa katunayan, ang pagkakaiba-iba ng boltahe dahil sa mga pagbabago sa temperatura ay katulad ng pagkakaiba-iba ng boltahe dahil sa paglabas, kaya kung ang SOC ay kukunin mula sa boltahe, ang temperatura ng cell ay dapat mabayaran.
Ang isa pang hamon ay ang kapasidad ng baterya ay tinutukoy ng kapasidad ng pinakamababang kapasidad ng cell, kaya ang SOC ay hindi dapat hatulan batay sa terminal boltahe ng cell, ngunit sa terminal boltahe ng pinakamahina na cell.Ang lahat ng ito ay mukhang medyo mahirap.Kaya bakit hindi na lang natin panatilihin ang kabuuang dami ng kasalukuyang dumadaloy sa cell at balansehin ito sa kasalukuyang dumadaloy palabas?Ito ay kilala bilang coulometric counting at medyo simple ang tunog, ngunit maraming mga paghihirap sa pamamaraang ito.
Mga bateryaay hindi perpektong mga baterya.Hindi na nila ibinabalik ang inilagay mo sa kanila.May leakage current habang nagcha-charge, na nag-iiba ayon sa temperatura, rate ng singil, estado ng pagsingil at pagtanda.
Ang kapasidad ng isang baterya ay nag-iiba din nang hindi linear sa rate ng paglabas.Ang mas mabilis na paglabas, mas mababa ang kapasidad.Mula sa 0.5C discharge hanggang 5C discharge, ang pagbabawas ay maaaring kasing taas ng 15%.
Ang mga baterya ay may makabuluhang mas mataas na leakage current sa mas mataas na temperatura.Ang mga panloob na cell sa isang baterya ay maaaring tumakbo nang mas mainit kaysa sa mga panlabas na mga cell, kaya ang cell leakage sa pamamagitan ng baterya ay magiging hindi pantay.
Ang kapasidad ay isang function din ng temperatura.Ang ilang mga kemikal na lithium ay mas apektado kaysa sa iba.
Upang mabayaran ang hindi pagkakapantay-pantay na ito, ginagamit ang cell balancing sa loob ng baterya.Ang karagdagang leakage current na ito ay hindi nasusukat sa labas ng baterya.
Ang kapasidad ng baterya ay patuloy na bumababa sa buhay ng cell at sa paglipas ng panahon.
Ang anumang maliit na offset sa kasalukuyang pagsukat ay isasama at sa paglipas ng panahon ay maaaring maging isang malaking bilang, na seryosong nakakaapekto sa katumpakan ng SOC.
Ang lahat ng nasa itaas ay magreresulta sa isang drift sa katumpakan sa paglipas ng panahon maliban kung ang regular na pagkakalibrate ay isinasagawa, ngunit ito ay posible lamang kapag ang baterya ay halos ma-discharge o halos puno na.Sa mga HEV application, pinakamainam na panatilihin ang baterya sa humigit-kumulang 50% na singil, kaya ang isang posibleng paraan ng mapagkakatiwalaang pagwawasto sa katumpakan ng pagsukat ay ang pana-panahong i-charge nang buo ang baterya.Ang mga purong de-koryenteng sasakyan ay regular na sinisingil hanggang sa puno o halos puno, kaya ang pagsukat batay sa mga bilang ng coulometric ay maaaring maging napakatumpak, lalo na kung ang iba pang mga problema sa baterya ay nabayaran.
Ang susi sa mahusay na katumpakan sa pagbibilang ng coulometric ay mahusay na kasalukuyang pagtuklas sa isang malawak na hanay ng dynamic.
Ang tradisyunal na paraan ng pagsukat ng kasalukuyang ay para sa amin ay isang shunt, ngunit ang mga pamamaraang ito ay bumabagsak kapag mas mataas (250A+) na mga alon ang nasasangkot.Dahil sa pagkonsumo ng kuryente, kailangang mababa ang resistensya ng shunt.Ang mga low resistance shunt ay hindi angkop para sa pagsukat ng mababa (50mA) na alon.Agad nitong itinaas ang pinakamahalagang tanong: ano ang pinakamababa at pinakamataas na alon na susukatin?Ito ay tinatawag na dynamic range.
Kung ipagpalagay na ang kapasidad ng baterya na 100Ahr, isang magaspang na pagtatantya ng katanggap-tanggap na error sa pagsasama.
Ang 4 Amp na error ay gagawa ng 100% ng mga error sa isang araw o ang isang 0.4A na error ay gagawa ng 10% ng mga error sa isang araw.
Ang 4/7A na error ay gagawa ng 100% ng mga error sa loob ng isang linggo o ang isang 60mA na error ay gagawa ng 10% ng mga error sa loob ng isang linggo.
Ang isang 4/28A na error ay magdudulot ng 100% na error sa isang buwan o ang isang 15mA na error ay magdudulot ng 10% na error sa isang buwan, na marahil ang pinakamahusay na pagsukat na maaaring asahan nang walang pag-recalibrate dahil sa pag-charge o malapit nang matapos ang pag-discharge.
Ngayon tingnan natin ang shunt na sumusukat sa agos.Para sa 250A, ang isang 1m ohm shunt ay nasa mataas na bahagi at makakapagdulot ng 62.5W.Gayunpaman, sa 15mA makakagawa lamang ito ng 15 microvolts, na mawawala sa ingay sa background.Ang dynamic na hanay ay 250A/15mA = 17,000:1.Kung talagang "makikita" ng isang 14-bit na A/D converter ang signal sa ingay, offset at drift, kinakailangan ang isang 14-bit A/D converter.Ang isang mahalagang dahilan ng offset ay ang boltahe at ground loop offset na nabuo ng thermocouple.
Sa panimula, walang sensor na makakasukat ng kasalukuyang sa dynamic na saklaw na ito.Kinakailangan ang mga high current sensor para sukatin ang mas matataas na agos mula sa mga halimbawa ng traksyon at pag-charge, habang ang mga mababang kasalukuyang sensor ay kailangan para sukatin ang mga agos mula sa, halimbawa, mga accessory at anumang zero current state.Dahil ang mababang kasalukuyang sensor ay "nakikita" din ang mataas na kasalukuyang, hindi ito maaaring masira o masira ng mga ito, maliban sa saturation.Agad nitong kinakalkula ang shunt current.
Isang solusyon
Ang isang napaka-angkop na pamilya ng mga sensor ay bukas na loop Hall effect kasalukuyang sensor.Ang mga device na ito ay hindi masisira ng matataas na agos at ang Raztec ay nakabuo ng isang sensor range na talagang makakasukat ng mga alon sa milliamp range sa pamamagitan ng isang conductor.praktikal ang transfer function na 100mV/AT, kaya ang 15mA current ay gagawa ng magagamit na 1.5mV.sa pamamagitan ng paggamit ng pinakamahusay na magagamit na pangunahing materyal, ang napakababang remanence sa isang hanay ng milliamp ay maaari ding makamit.Sa 100mV/AT, ang saturation ay magaganap sa itaas ng 25 Amps.Ang mas mababang programming gain siyempre ay nagbibigay-daan para sa mas mataas na alon.
Ang mga matataas na agos ay sinusukat gamit ang maginoo na mataas na kasalukuyang sensor.Ang paglipat mula sa isang sensor patungo sa isa pa ay nangangailangan ng simpleng lohika.
Ang bagong hanay ng mga walang core na sensor ng Raztec ay isang mahusay na pagpipilian para sa mga mataas na kasalukuyang sensor.Nag-aalok ang mga device na ito ng mahusay na linearity, stability at zero hysteresis.Ang mga ito ay madaling ibagay sa isang malawak na hanay ng mga mekanikal na pagsasaayos at kasalukuyang mga saklaw.Ginagawang praktikal ang mga device na ito sa pamamagitan ng paggamit ng bagong henerasyon ng mga magnetic field sensor na may mahusay na pagganap.
Ang parehong uri ng sensor ay nananatiling kapaki-pakinabang para sa pamamahala ng mga ratio ng signal-to-noise na may napakataas na dynamic na hanay ng mga alon na kinakailangan.
Gayunpaman, ang labis na katumpakan ay magiging kalabisan dahil ang baterya mismo ay hindi isang tumpak na counter ng coulomb.Ang isang error na 5% sa pagitan ng pag-charge at pag-discharge ay karaniwan para sa mga baterya kung saan may mga karagdagang hindi pagkakapare-pareho.Sa pag-iisip na ito, ang isang medyo simpleng pamamaraan gamit ang isang pangunahing modelo ng baterya ay maaaring gamitin.Ang modelo ay maaaring magsama ng walang-load na boltahe ng terminal kumpara sa kapasidad, boltahe ng pagsingil laban sa kapasidad, mga resistensya sa paglabas at pagsingil na maaaring mabago sa mga siklo ng kapasidad at pag-charge/discharge.Ang mga angkop na nasusukat na mga constant ng oras ng boltahe ay kailangang maitatag upang mapaunlakan ang mga constant ng oras ng pagkaubos at pagbawi ng boltahe.
Ang isang makabuluhang bentahe ng mahusay na kalidad ng mga baterya ng lithium ay ang pagkawala ng mga ito ng napakaliit na kapasidad sa mataas na mga rate ng paglabas.Pinapasimple ng katotohanang ito ang mga kalkulasyon.Mayroon din silang napakababang leakage current.Maaaring mas mataas ang pagtagas ng system.
Ang diskarteng ito ay nagbibigay-daan sa pagtatantya ng estado ng singil sa loob ng ilang porsyentong punto ng aktwal na natitirang kapasidad pagkatapos itatag ang naaangkop na mga parameter, nang hindi nangangailangan ng pagbilang ng coulomb.Ang baterya ay nagiging isang coulomb counter.
Mga mapagkukunan ng error sa loob ng kasalukuyang sensor
Tulad ng nabanggit sa itaas, ang offset error ay kritikal sa coulometric count at ang probisyon ay dapat gawin sa loob ng SOC monitor upang i-calibrate ang sensor offset sa zero sa ilalim ng zero kasalukuyang kondisyon.Ito ay karaniwang magagawa lamang sa panahon ng pag-install ng pabrika.Gayunpaman, maaaring umiral ang mga system na tumutukoy sa zero current at samakatuwid ay nagbibigay-daan sa awtomatikong pag-recalibrate ng offset.Ito ay isang perpektong sitwasyon dahil ang drift ay maaaring tanggapin.
Sa kasamaang palad, ang lahat ng mga teknolohiya ng sensor ay gumagawa ng thermal offset drift, at ang mga kasalukuyang sensor ay walang pagbubukod.Makikita natin ngayon na ito ay isang kritikal na kalidad.Sa pamamagitan ng paggamit ng mga de-kalidad na bahagi at maingat na disenyo sa Raztec, nakabuo kami ng hanay ng mga thermally stable na kasalukuyang sensor na may drift range na <0.25mA/K.Para sa pagbabago ng temperatura na 20K, maaari itong makagawa ng maximum na error na 5mA.
Ang isa pang karaniwang pinagmumulan ng error sa kasalukuyang mga sensor na nagsasama ng magnetic circuit ay ang hysteresis error na dulot ng remanent magnetism.Ito ay kadalasang hanggang 400mA, na ginagawang hindi angkop ang mga sensor para sa pagsubaybay sa baterya.Sa pamamagitan ng pagpili ng pinakamahusay na magnetic material, binawasan ng Raztec ang kalidad na ito sa 20mA at ang error na ito ay talagang nabawasan sa paglipas ng panahon.Kung mas kaunting error ang kinakailangan, ang demagnetization ay posible, ngunit nagdaragdag ng malaking kumplikado.
Ang isang mas maliit na error ay ang drift ng pag-calibrate ng function ng paglipat na may temperatura, ngunit para sa mga mass sensor ang epekto na ito ay mas maliit kaysa sa drift ng pagganap ng cell na may temperatura.
Ang pinakamahusay na diskarte sa pagtatantya ng SOC ay ang paggamit ng kumbinasyon ng mga diskarte tulad ng mga matatag na walang-load na boltahe, mga boltahe ng cell na binabayaran ng IXR, mga bilang ng coulometric at kabayaran sa temperatura ng mga parameter.Halimbawa, ang mga pangmatagalang error sa pagsasama ay maaaring balewalain sa pamamagitan ng pagtantya sa SOC para sa walang load o mababang boltahe ng baterya.
Oras ng post: Aug-09-2022