Litiumakun varaustilan (SOC) arvioiminen on teknisesti vaikeaa, etenkin sovelluksissa, joissa akku ei ole täysin ladattu tai tyhjentynyt.Tällaisia sovelluksia ovat hybridisähköajoneuvot (HEV).Haaste johtuu litiumakkujen erittäin tasaisista jännitepurkausominaisuuksista.Jännite ei juurikaan muutu 70 % SOC:sta 20 % SOC:iin.Itse asiassa lämpötilan muutoksista johtuva jännitteen vaihtelu on samanlainen kuin purkauksesta johtuva jännitteen vaihtelu, joten jos SOC halutaan johtaa jännitteestä, kennon lämpötila on kompensoitava.
Toinen haaste on, että akun kapasiteetti määräytyy pienimmän kapasiteetin kennon kapasiteetin mukaan, joten SOC:ta ei tule arvioida kennon napajännitteen perusteella, vaan heikoimman kennon napajännitteen perusteella.Tämä kaikki kuulostaa hieman liian vaikealta.Joten miksi emme yksinkertaisesti pidä kennoon virtaavan virran kokonaismäärää ja tasapainotamme sitä ulos virtaavan virran kanssa?Tämä tunnetaan coulometrisenä laskentana ja kuulostaa riittävän yksinkertaiselta, mutta tässä menetelmässä on monia vaikeuksia.
Paristoteivät ole täydellisiä akkuja.He eivät koskaan palauta sitä, mitä olet niihin laittanut.Latauksen aikana esiintyy vuotovirtaa, joka vaihtelee lämpötilan, latausnopeuden, lataustilan ja ikääntymisen mukaan.
Akun kapasiteetti vaihtelee myös epälineaarisesti purkautumisnopeuden mukaan.Mitä nopeampi purkaus, sitä pienempi kapasiteetti.0,5 C:n purkauksesta 5C:een purkaus voi olla jopa 15 %.
Paristoilla on huomattavasti suurempi vuotovirta korkeammissa lämpötiloissa.Akun sisäiset kennot voivat kuumentua ulkoisia kennoja paremmin, joten kennojen vuoto akun läpi on epätasaista.
Kapasiteetti on myös lämpötilan funktio.Jotkut litiumkemikaalit vaikuttavat enemmän kuin toiset.
Tämän epätasa-arvon kompensoimiseksi akussa käytetään kennotasapainotusta.Tämä ylimääräinen vuotovirta ei ole mitattavissa akun ulkopuolella.
Akun kapasiteetti laskee tasaisesti kennon käyttöiän ja ajan myötä.
Kaikki pienet poikkeamat nykyiseen mittaukseen integroidaan ja niistä voi ajan myötä tulla suuri luku, mikä vaikuttaa vakavasti SOC:n tarkkuuteen.
Kaikki edellä mainitut asiat johtavat tarkkuuden ajautumiseen ajan myötä, ellei säännöllistä kalibrointia suoriteta, mutta tämä on mahdollista vain, kun akku on melkein tyhjä tai melkein täynnä.HEV-sovelluksissa on parasta pitää akku noin 50 % latauksessa, joten yksi mahdollinen tapa luotettavasti korjata mittaustarkkuutta on ladata akku säännöllisesti täyteen.Puhtaat sähköajoneuvot ladataan säännöllisesti täyteen tai lähes täyteen, joten kulometrisiin lukemiin perustuva mittaus voi olla erittäin tarkkaa, varsinkin jos muut akkuongelmat kompensoidaan.
Kulonometrisen laskennan hyvän tarkkuuden avain on hyvä virrantunnistus laajalla dynaamisella alueella.
Perinteinen virranmittausmenetelmä on meille shuntti, mutta nämä menetelmät putoavat, kun kyseessä on suurempi (250A+) virta.Tehonkulutuksesta johtuen shuntin tulee olla matalavastus.Matalaresistanssiset shuntit eivät sovellu pienten (50mA) virtojen mittaamiseen.Tämä herättää välittömästi tärkeimmän kysymyksen: mitkä ovat mitattavat minimi- ja maksimivirrat?Tätä kutsutaan dynaamiseksi alueeksi.
Olettaen, että akun kapasiteetti on 100 Ah, karkea arvio hyväksyttävästä integrointivirheestä.
4 ampeerin virhe tuottaa 100 % virheistä päivässä tai 0,4 A virhe tuottaa 10 % virheistä päivässä.
4/7A virhe tuottaa 100 % virheistä viikossa tai 60 mA virhe tuottaa 10 % virheistä viikon sisällä.
4/28A virhe tuottaa 100 % virheen kuukaudessa tai 15 mA virhe 10 % virheen kuukaudessa, mikä on luultavasti paras mittaus, joka voidaan odottaa ilman uudelleenkalibrointia latauksen tai lähes täydellisen purkauksen vuoksi.
Katsotaan nyt shunttia, joka mittaa virran.250 A:lla 1 m ohmin shuntti on korkealla puolella ja tuottaa 62,5 W.Kuitenkin 15 mA:lla se tuottaa vain 15 mikrovolttia, joka häviää taustamelussa.Dynaaminen alue on 250A/15mA = 17 000:1.Jos 14-bittinen A/D-muunnin todella "näkee" signaalin kohinassa, poikkeamassa ja ryömimässä, tarvitaan 14-bittinen A/D-muunnin.Tärkeä siirtymän syy on lämpöparin synnyttämä jännite- ja maasilmukan siirtymä.
Pohjimmiltaan ei ole anturia, joka voisi mitata virtaa tällä dynaamisella alueella.Suurvirtaantureita tarvitaan mittaamaan suurempia virtoja veto- ja latausesimerkeistä, kun taas pienvirtaantureita tarvitaan mittaamaan virtoja esimerkiksi lisälaitteista ja mistä tahansa nollavirtatilasta.Koska pienivirta-anturi "näkee" myös korkean virran, ne eivät voi vaurioitua tai korruptoida sitä, paitsi kyllästyminen.Tämä laskee välittömästi shunttivirran.
Ratkaisu
Erittäin sopiva anturiperhe ovat avoimen silmukan Hall-ilmiövirtaanturit.Suuret virrat eivät vahingoita näitä laitteita, ja Raztec on kehittänyt anturialueen, joka voi todella mitata milliampeerialueen virtoja yhden johtimen kautta.100 mV/AT siirtofunktio on käytännöllinen, joten 15 mA virta tuottaa käyttökelpoisen 1,5 mV.käyttämällä parasta saatavilla olevaa ydinmateriaalia voidaan saavuttaa myös erittäin alhainen remanenssi yhden milliampeerin alueella.100 mV/AT:lla kyllästys tapahtuu yli 25 ampeerilla.Pienempi ohjelmointivahvistus mahdollistaa tietysti suuremmat virrat.
Suuret virrat mitataan perinteisillä suurvirta-antureilla.Anturista toiseen vaihtaminen vaatii yksinkertaista logiikkaa.
Raztecin uudet ytimettomat anturit ovat erinomainen valinta suurvirtaantureille.Nämä laitteet tarjoavat erinomaisen lineaarisuuden, vakauden ja nollahystereesin.Ne ovat helposti mukautettavissa monenlaisiin mekaanisiin kokoonpanoihin ja virta-alueisiin.Nämä laitteet on tehty käytännöllisiksi käyttämällä uuden sukupolven magneettikenttäantureita, joilla on erinomainen suorituskyky.
Molemmat anturityypit ovat edelleen hyödyllisiä signaali-kohinasuhteiden hallinnassa vaaditulla erittäin suurella dynaamisella virta-alueella.
Äärimmäinen tarkkuus olisi kuitenkin tarpeetonta, koska akku itsessään ei ole tarkka kulonilaskuri.5 %:n virhe latauksen ja purkauksen välillä on tyypillistä akuille, joissa on muita epäjohdonmukaisuuksia.Tätä silmällä pitäen voidaan käyttää suhteellisen yksinkertaista tekniikkaa, jossa käytetään perusakkumallia.Malli voi sisältää kuormittamattoman liittimen jännitteen vs. kapasiteetin, latausjännitteen vs. kapasiteetin, purkaus- ja latausvastukset, joita voidaan muuttaa kapasiteetilla ja lataus/purkausjaksoilla.Sopivat mitatut jännitteen aikavakiot on määritettävä tyhjenemis- ja palautumisjännitteen aikavakioiden mukauttamiseksi.
Hyvälaatuisten litiumakkujen merkittävä etu on, että ne menettävät hyvin vähän kapasiteettia suurilla purkausnopeuksilla.Tämä tosiasia yksinkertaistaa laskelmia.Niissä on myös erittäin alhainen vuotovirta.Järjestelmän vuoto voi olla suurempi.
Tämä tekniikka mahdollistaa varaustilan arvioinnin muutaman prosenttiyksikön sisällä todellisesta jäljellä olevasta kapasiteetista sopivien parametrien määrittämisen jälkeen ilman coulomb-laskentaa.Akusta tulee kulonilaskuri.
Virhelähteet nykyisen anturin sisällä
Kuten edellä mainittiin, poikkeamavirhe on kriittinen kulonometrisen luvun kannalta, ja SOC-monitorissa tulisi olla järjestelyt anturin poikkeaman kalibroimiseksi nollaan nollavirran olosuhteissa.Tämä on yleensä mahdollista vain tehdasasennuksen aikana.Voi kuitenkin olla olemassa järjestelmiä, jotka määrittävät nollavirran ja mahdollistavat siten siirtymän automaattisen uudelleenkalibroinnin.Tämä on ihanteellinen tilanne, koska ajautuminen voidaan ottaa huomioon.
Valitettavasti kaikki anturitekniikat tuottavat lämpöpoikkeamaa, eivätkä nykyiset anturit ole poikkeus.Voimme nyt nähdä, että tämä on kriittinen ominaisuus.Käyttämällä Raztecin laadukkaita komponentteja ja huolellista suunnittelua olemme kehittäneet valikoiman lämpöstabiileja virtaantureita, joiden ryömintäalue on <0,25 mA/K.Jos lämpötilan muutos on 20 K, tämä voi tuottaa enintään 5 mA virheen.
Toinen yleinen virhelähde magneettipiirin sisältävissä virta-antureissa on remanentin magnetismin aiheuttama hystereesivirhe.Tämä on usein jopa 400 mA, mikä tekee tällaisista antureista sopimattomia akun valvontaan.Valitsemalla parhaan magneettisen materiaalin Raztec on vähentänyt tämän laadun 20 mA:iin ja tämä virhe on itse asiassa vähentynyt ajan myötä.Jos tarvitaan vähemmän virhettä, demagnetointi on mahdollista, mutta lisää huomattavasti monimutkaisuutta.
Pienempi virhe on siirtofunktion kalibroinnin poikkeama lämpötilan kanssa, mutta massaantureilla tämä vaikutus on paljon pienempi kuin kennon suorituskyvyn poikkeama lämpötilan mukaan.
Paras lähestymistapa SOC-estimointiin on käyttää tekniikoiden yhdistelmää, kuten vakaat tyhjäkäyntijännitteet, IXR:llä kompensoidut kennojännitteet, kulometriset laskut ja parametrien lämpötilakompensointi.Esimerkiksi pitkän aikavälin integrointivirheet voidaan jättää huomioimatta arvioimalla SOC kuormittamattoman tai matalan kuormituksen akun jännitteille.
Postitusaika: 09.08.2022