Co to jest liczenie Coulomba?
Pytano mnie o oszacowanie SOC więcej razy, niż mogę zliczyć. Pytanie zwykle pojawia się, gdy czyjś pakiet wskazuje 30% na wskaźniku, ale wyłącza się dwie minuty później. W dziewięciu przypadkach na dziesięć podstawową przyczyną jest nieprawidłowe liczenie Coulomba.
Koncepcja
Ścieżki zliczające Coulomba ładują się i rozładowują. Całkiem proste na papierze. Całkujesz prąd w czasie, prowadzisz bieżący zapis, a ten wynik informuje, ile soku pozostało w ogniwie.
BMS pobiera prąd-zwykle z zakresu od 10 Hz do 100 Hz, w zależności od zastosowania-, a każda próbka jest mnożona przez przedział czasu. Dodaj je. Odejmij od swojej pojemności początkowej. Oto twój numer SOC.
Gdzie robi się brzydko
Oto, na co podręczniki nie kładą wystarczającego nacisku. Ten czujnik prądu, na którym polegasz, ma dryft offsetowy. Zawiera błąd wzmocnienia. Ma współczynnik temperaturowy. Typowy bocznik samochodowy może mieć specyfikację ±0,5%, ale jest to w idealnych warunkach przy 25 stopniach. Włóż to pod maskę w Phoenix w lipcu, a zobaczysz różne liczby.
W 2019 roku pracowałem nad programem łagodnej hybrydy 48 V. Mieliśmy bocznik Vishay o wartości znamionowej 100 μΩ. Piękny arkusz specyfikacji. W laboratorium wszystko przebiegało idealnie. Umieść go w pojeździe, który hamuje regeneracyjnie podczas-zatrzymaj się-w ruchu ulicznym, a po sześciu godzinach SOC spadło o 8%. Masa termiczna bocznika nie nadążała za bieżącymi stanami przejściowymi. Skończyło się na dodaniu dedykowanego czujnika temperatury na samym boczniku i uruchomieniu algorytmu kompensacji w oprogramowaniu BMS.
Problem niskiego prądu
Ten ciągle gryzie ludzi. Twój czujnik efektu Halla lub bocznik ma poziom szumów. Poniżej może 500 mA w typowym pakiecie EV stosunek sygnału-do-szumu spada. Jednak ogniwo nadal-samoczynnie się rozładowuje. BMS nadal pobiera prąd spoczynkowy. Styczniki mają wyciek.
W ciągu dwu-tygodniowego okresu parkowania te małe prądy sumują się. Widziałem, że pakiety tracą 3-4% SOC, czego licznik Coulomba nigdy nie zarejestrował. Właściciel wraca z wakacji, wskaźnik pokazuje 85%, ale rzeczywista pojemność jest bliższa 81%. Zrób to kilka razy, a okna ponownej kalibracji nie nadrobią zaległości.
Niektóre zespoły stosują równoległy model-samorozładowania. Inni po prostu wymuszają ponowną kalibrację OCV po okresie odpoczynku trwającym ponad 4 godziny. Nie ma idealnej odpowiedzi. Osoby zajmujące się ISO 26262 zapytają Cię, jak sobie z tym radzisz w FMEA i lepiej mieć udokumentowaną strategię.
Zanik pojemności
Komórka, którą scharakteryzowałeś podczas opracowywania, nie jest komórką, którą masz po 500 cyklach. Wydajność nominalna spada. Opór wewnętrzny wzrasta. Ale licznik Coulomba tego nie wie, chyba że mu powiesz.
Na przykład układy scalone mierników TI-serii BQ34-prowadzą wewnętrzne śledzenie impedancji i dostosowują z czasem pełną pojemność ładowania. Jest to podejście oparte-na modelu, nałożone na podstawowe zliczanie kulombowskie. Maxim 17205 robi coś podobnego. W przypadku niestandardowych projektów BMS budujesz go samodzielnie i wymaga to zweryfikowanych danych dotyczących starzenia na podstawie konkretnego składu chemicznego komórek.
Komórki NCM zachowują się tutaj inaczej niż LFP. LFP ma płaskie plateau napięcia, które sprawia, że korekty oparte na OCV- są prawie bezużyteczne w zakresie SOC 20–80%. Utknąłeś w większym stopniu polegając na liczeniu kulombowskim, co oznacza, że twoja aktualna dokładność wykrywania ma jeszcze większe znaczenie.
Praktyczna rekalibracja
Pełne naładowanie jest Twoim przyjacielem. Kiedy napięcie osiągnie próg zakończenia, a prąd spadnie poniżej C/20 lub innej wartości odcięcia, resetujesz do 100%. Prosty. Niezawodny. Działa za każdym razem, zakładając, że ładowarka i BMS zgadzają się co do znaczenia słowa „pełny”.
Zakończenie rozładowania jest trudniejsze. Kolano napięcia jest strome,-zależne od temperatury i ma na nie wpływ niedawna historia obciążenia. Większość systemów nie kalibruje się ponownie przy pustym zbiorniku. Po prostu używają pełnego naładowania jako punktu zakotwiczenia i ufają liczeniu pomiędzy nimi.
W niektórych stacjonarnych instalacjach magazynujących przeprowadzane są okresowe testy pojemności. Raz w miesiącu system przeprowadza kontrolowane pełne rozładowywanie i ładowanie. To daje ci podstawową prawdę. Operatorzy flot dysponujących pojazdami elektrycznymi czasami też tak robią. Jest to denerwujące pod względem operacyjnym, ale rozwiązuje problem dryfu.
Co mówię nowym inżynierom
Liczenie kulombowskie nie jest skomplikowanym algorytmem. To dodawanie i odejmowanie z wieloma źródłami błędów. Wyrafinowanie polega na zrozumieniu, skąd pochodzą błędy i posiadaniu strategii ich ograniczenia.
Właściwie dobierz bieżący czujnik. Zrozumienie zachowania temperatury. Zaplanuj strategię ponownej kalibracji, zanim napiszesz choćby jedną linię kodu. Testuj na prawdziwych ogniwach w rzeczywistych temperaturach i przy realistycznych profilach obciążenia. Konfiguracja na stanowisku pracy z zasilaczem i obciążeniem elektronicznym nie pokaże problemów, które zobaczysz w terenie.
