Проценката на состојбата на полнење (SOC) на литиумската батерија е технички тешко, особено во апликации каде што батеријата не е целосно наполнета или целосно испразнета. Такви апликации се хибридните електрични возила (HEVs). Предизвикот произлегува од многу рамните карактеристики на празнење на напонот на литиумските батерии. Напонот речиси не се менува од 70% SOC на 20% SOC. Всушност, варијацијата на напонот поради температурните промени е слична на варијацијата на напонот поради празнење, па ако SOC треба да се изведе од напонот, температурата на ќелијата мора да се компензира.
Друг предизвик е тоа што капацитетот на батеријата се одредува според капацитетот на ќелијата со најмал капацитет, така што SOC не треба да се оценува врз основа на напонот на приклучокот на ќелијата, туку врз основа на напонот на приклучокот на најслабата ќелија. Сето ова звучи малку премногу тешко. Па зошто едноставно да не ја задржиме вкупната количина на струја што тече во ќелијата и да ја избалансираме со струјата што тече надвор? Ова е познато како кулометриско броење и звучи доволно едноставно, но има многу тешкотии со овој метод.
Батериине се совршени батерии. Тие никогаш не го враќаат она што го ставате во нив. Има струја на истекување за време на полнењето, која варира во зависност од температурата, брзината на полнење, состојбата на полнење и стареењето.
Капацитетот на батеријата исто така варира нелинеарно со стапката на празнење. Колку е побрзо празнењето, толку е помал капацитетот. Од празнење од 0,5C до празнење од 5C, намалувањето може да биде високо до 15%.
Батериите имаат значително поголема струја на истекување при повисоки температури. Внатрешните ќелии во батеријата може да работат потопли од надворешните ќелии, така што истекувањето на ќелиите низ батеријата ќе биде нееднакво.
Капацитетот е исто така функција на температурата. Некои литиумски хемикалии се погодени повеќе од другите.
За да се компензира оваа нееднаквост, се користи балансирање на ќелиите во батеријата. Оваа дополнителна струја на истекување не може да се мери надвор од батеријата.
Капацитетот на батеријата постојано се намалува во текот на животниот век на ќелијата и со текот на времето.
Секое мало поместување во тековното мерење ќе биде интегрирано и со текот на времето може да стане голем број, што сериозно ќе влијае на точноста на СПЦ.
Сето горенаведено ќе резултира со промена на точноста со текот на времето, освен ако не се изврши редовна калибрација, но тоа е можно само кога батеријата е речиси испразнета или речиси полна. Во апликациите HEV најдобро е да ја одржувате батеријата на наполнето приближно 50%, така што еден можен начин за сигурно коригирање на точноста на мерењето е периодично да ја полните батеријата целосно. Чисто електричните возила редовно се полнат целосно или речиси целосно, така што мерењето врз основа на кулометриските брои може да биде многу прецизно, особено ако се компензираат другите проблеми со батериите.
Клучот за добра прецизност во кулометриското броење е доброто откривање струја во широк динамички опсег.
Традиционалниот метод за мерење на струјата за нас е шант, но овие методи паѓаат кога се вклучени повисоки струи (250 А+). Поради потрошувачката на енергија, шантот треба да биде со низок отпор. Шантовите со низок отпор не се погодни за мерење на ниски (50mA) струи. Ова веднаш го покренува најважното прашање: кои се минималните и максималните струи што треба да се измерат? Ова се нарекува динамички опсег.
Претпоставувајќи капацитет на батеријата од 100Ahr, груба проценка на прифатливата грешка при интеграцијата.
Грешка од 4 ампери ќе произведе 100% од грешките во еден ден или грешка од 0,4 А ќе произведе 10% од грешките во еден ден.
Грешка од 4/7 А ќе произведе 100% од грешките во рок од една недела или грешка од 60 mA ќе произведе 10% од грешките во рок од една недела.
Грешка од 4/28 А ќе произведе 100% грешка за еден месец или грешка од 15 mA ќе произведе грешка од 10% за еден месец, што е веројатно најдоброто мерење што може да се очекува без рекалибрација поради полнење или речиси целосно празнење.
Сега да го погледнеме шантот што ја мери струјата. За 250 А, шант од 1 м ќе биде на високата страна и ќе произведува 62,5 W. Сепак, на 15 mA ќе произведува само 15 микроволти, кои ќе се изгубат во бучавата во позадината. Динамичкиот опсег е 250A/15mA = 17.000:1. Ако 14-битен A/D конвертор навистина може да го „види“ сигналот во шум, поместување и дрифт, тогаш е потребен 14-битен A/D конвертор. Важна причина за поместување е поместувањето на напонот и заземјувањето на јамката генерирани од термоспојот.
Во основа, не постои сензор што може да ја мери струјата во овој динамички опсег. Потребни се сензори со висока струја за мерење на повисоките струи од примерите за влечење и полнење, додека сензори со мала струја се потребни за мерење на струи од, на пример, додатоци и од која било нулта моментална состојба. Бидејќи сензорот за мала струја исто така ја „гледа“ високата струја, тој не може да биде оштетен или оштетен од нив, освен заситеноста. Ова веднаш ја пресметува струјата на шантот.
Решение
Многу погодна фамилија на сензори се тековните сензори со ефект на Hall со отворена јамка. Овие уреди нема да бидат оштетени од високи струи и Raztec разви опсег на сензори кој всушност може да ги мери струите во опсегот на милиампер преку еден проводник. функцијата за пренос од 100 mV/AT е практична, така што струјата од 15 mA ќе произведе употребливи 1,5 mV. со користење на најдобриот достапен јадро материјал, може да се постигне и многу ниска реманентност во опсегот на еден милиампер. На 100 mV/AT, заситеноста ќе се појави над 25 ампери. Помалата програмска добивка секако овозможува поголеми струи.
Високите струи се мерат со користење на конвенционални сензори за висока струја. Префрлувањето од еден на друг сензор бара едноставна логика.
Новата палета на сензори без јадро на Raztec е одличен избор за сензори со висока струја. Овие уреди нудат одлична линеарност, стабилност и нулта хистереза. Тие се лесно прилагодливи на широк опсег на механички конфигурации и опсег на струја. Овие уреди се практични со употреба на нова генерација сензори за магнетно поле со одлични перформанси.
Двата типа сензори остануваат корисни за управување со односот сигнал-шум со многу висок динамички опсег на потребни струи.
Сепак, екстремната прецизност би била излишна бидејќи самата батерија не е точен бројач за кулон. Грешка од 5% помеѓу полнењето и празнењето е типична за батериите каде што постојат дополнителни недоследности. Имајќи го ова на ум, може да се користи релативно едноставна техника со користење на основен модел на батерија. Моделот може да вклучува напон на терминал без оптоварување наспроти капацитет, напон на полнење наспроти капацитет, отпори на празнење и полнење кои може да се модифицираат со капацитет и циклуси на полнење/празнење. Потребно е да се воспостават соодветни измерени временски константи на напонот за да се приспособат на временските константи на трошење и напонот за обновување.
Значајна предност на литиумските батерии со добар квалитет е тоа што тие губат многу мал капацитет при високи стапки на празнење. Овој факт ги поедноставува пресметките. Тие исто така имаат многу мала струја на истекување. Истекувањето на системот може да биде поголемо.
Оваа техника овозможува проценка на состојбата на полнење во рамките на неколку процентни поени од реалниот преостанат капацитет по утврдувањето на соодветните параметри, без потреба од куломско броење. Батеријата станува бројач за кулон.
Извори на грешки во тековниот сензор
Како што беше споменато погоре, грешката за поместување е од клучно значење за кулометриското броење и треба да се обезбеди во рамките на SOC мониторот за калибрирање на поместувањето на сензорот на нула под нулта тековни услови. Ова е вообичаено изводливо само при фабричка инсталација. Сепак, може да постојат системи кои одредуваат нулта струја и затоа дозволуваат автоматска рекалибрација на поместувањето. Ова е идеална ситуација бидејќи може да се смести дрифт.
За жал, сите технологии на сензори произведуваат термичко поместување, а тековните сензори не се исклучок. Сега можеме да видиме дека ова е критичен квалитет. Со користење на квалитетни компоненти и внимателен дизајн во Raztec, развивме опсег на термички стабилни сензори за струја со опсег на повлекување од <0,25 mA/K. За промена на температурата од 20 K, ова може да произведе максимална грешка од 5 mA.
Друг вообичаен извор на грешка кај струјните сензори кои вклучуваат магнетно коло е грешката на хистерезис предизвикана од реманентниот магнетизам. Ова често е до 400 mA, што ги прави таквите сензори несоодветни за следење на батеријата. Со изборот на најдобриот магнетен материјал, Raztec го намали овој квалитет на 20 mA и оваа грешка всушност се намали со текот на времето. Ако е потребна помала грешка, можна е демагнетизација, но додава значителна сложеност.
Помала грешка е поместувањето на калибрацијата на функцијата за пренос со температурата, но за сензорите за маса овој ефект е многу помал од наносот на перформансите на ќелијата со температура.
Најдобар пристап за проценка на SOC е да се користи комбинација од техники како што се стабилни напони без оптоварување, напони на ќелии компензирани со IXR, кулометриски брои и температурна компензација на параметрите. На пример, долготрајните грешки при интеграција може да се игнорираат со проценка на SOC за напони на батерии без оптоварување или ниско оптоварување.
Време на објавување: август-09-2022 година