A lítium akkumulátor töltöttségi állapotának (SOC) becslése technikailag nehéz, különösen olyan alkalmazásokban, ahol az akkumulátor nincs teljesen feltöltve vagy teljesen lemerült.Ilyen alkalmazások a hibrid elektromos járművek (HEV).A kihívás a lítium akkumulátorok nagyon lapos feszültségkisülési jellemzőiből fakad.A feszültség alig változik 70% SOC-ról 20% SOC-ra.Valójában a hőmérséklet-változások miatti feszültségváltozás hasonló a kisülés miatti feszültségváltozáshoz, tehát ha a SOC-t a feszültségből kell származtatni, akkor a cella hőmérsékletét kompenzálni kell.
További kihívás, hogy az akkumulátor kapacitását a legkisebb kapacitású cella kapacitása határozza meg, így az SOC-t nem a cella kapocsfeszültsége alapján kell megítélni, hanem a leggyengébb cella kapocsfeszültsége alapján.Mindez egy kicsit túl nehéznek hangzik.Tehát miért nem tartjuk egyszerűen a cellába befolyó áram teljes mennyiségét, és egyensúlyozzuk ki a kifolyó árammal?Ezt coulometriás számlálásnak nevezik, és elég egyszerűnek hangzik, de sok nehézséggel jár ez a módszer.
Elemeknem tökéletes akkumulátorok.Soha nem adják vissza, amit beleraktál.Töltés közben szivárgási áram lép fel, amely a hőmérséklettől, a töltési sebességtől, a töltöttségi állapottól és az öregedéstől függően változik.
Az akkumulátor kapacitása szintén nem lineárisan változik a kisülési sebesség függvényében.Minél gyorsabb a kisülés, annál kisebb a kapacitás.0,5 C-os kisüléstől 5 C-os kisütésig a csökkenés akár 15% is lehet.
Az akkumulátorok szivárgó árama lényegesen nagyobb magasabb hőmérsékleten.Az akkumulátor belső cellái jobban felmelegedhetnek, mint a külső cellák, így az akkumulátoron keresztüli cella szivárgása egyenlőtlen lesz.
A kapacitás a hőmérséklet függvénye is.Egyes lítium vegyszerek jobban érintettek, mint mások.
Ennek az egyenlőtlenségnek a kompenzálására az akkumulátoron belüli cellakiegyenlítést alkalmaznak.Ez a járulékos szivárgási áram az akkumulátoron kívül nem mérhető.
Az akkumulátor kapacitása folyamatosan csökken a cella élettartama során és az idő múlásával.
Az aktuális mérés minden kis eltolása beépül, és idővel nagy számmá válhat, ami súlyosan befolyásolja az SOC pontosságát.
A fentiek mindegyike a pontosság eltolódását eredményezi az idő múlásával, hacsak nem történik rendszeres kalibrálás, de ez csak akkor lehetséges, ha az akkumulátor már majdnem lemerült vagy majdnem megtelt.HEV alkalmazásokban a legjobb, ha az akkumulátort körülbelül 50%-os töltöttségen tartják, így a mérési pontosság megbízható javításának egyik lehetséges módja az akkumulátor időszakos teljes feltöltése.A tisztán elektromos járműveket rendszeresen teljesen vagy majdnem teljesen feltöltik, így a coulometrikus számláláson alapuló mérés nagyon pontos lehet, különösen, ha más akkumulátorproblémákat kompenzálnak.
A kulometrikus számlálás jó pontosságának kulcsa a jó áramérzékelés széles dinamikatartományban.
A hagyományos árammérési módszer számunkra egy sönt, de nagyobb (250A+) áramok esetén ezek a módszerek leesnek.Az energiafogyasztás miatt a söntnek alacsony ellenállásúnak kell lennie.Az alacsony ellenállású söntök nem alkalmasak alacsony (50mA) áramok mérésére.Ez rögtön felveti a legfontosabb kérdést: mekkora a mérendő legkisebb és legnagyobb áramerősség?Ezt nevezzük dinamikus tartománynak.
100 Ahr akkumulátorkapacitást feltételezve az elfogadható integrációs hiba durva becslése.
A 4 amperes hiba a hibák 100%-át produkálja egy nap alatt, vagy egy 0,4 A-es hiba a hibák 10%-át egy nap alatt.
A 4/7A-es hiba a hibák 100%-át produkálja egy héten belül, a 60 mA-es hiba pedig a hibák 10%-át egy héten belül.
A 4/28A-es hiba egy hónapon belül 100%-os, a 15mA-es hiba pedig egy hónapon belül 10%-os hibát produkál, ami valószínűleg a legjobb mérés, amely töltés vagy majdnem teljes lemerülés miatti újrakalibrálás nélkül várható.
Most nézzük az áramot mérő söntöt.250A esetén egy 1 m ohmos sönt lesz a felső oldalon, és 62,5 W-ot termel.15 mA-en azonban csak 15 mikrovoltot ad le, ami elveszik a háttérzajban.A dinamikatartomány 250A/15mA = 17 000:1.Ha egy 14 bites A/D konverter valóban képes "látni" a jelet zajban, eltolásban és sodródásban, akkor 14 bites A/D konverter szükséges.Az eltolás egyik fontos oka a hőelem által generált feszültség és földhurok eltolás.
Alapvetően nincs olyan érzékelő, amely képes mérni az áramot ebben a dinamikus tartományban.Nagyáramú érzékelőkre van szükség a vontatási és töltési példákból származó nagyobb áramok méréséhez, míg az alacsony áramerősségű érzékelőkre szükség van például a tartozékok és bármely nulla áramállapot méréséhez.Mivel a kisáramú szenzor is "látja" a nagy áramot, így nem sérülhet meg, nem sérülhet meg, kivéve a telítettséget.Ez azonnal kiszámítja a söntáramot.
Egy megoldás
Nagyon alkalmas érzékelőcsalád a nyitott hurkú Hall-effektus áramérzékelők.Ezeket az eszközöket nem károsítják a nagy áramok, és a Raztec kifejlesztett egy olyan érzékelőtartományt, amely egyetlen vezetőn keresztül képes mérni a milliamperes tartományban lévő áramokat.a 100mV/AT átviteli függvény praktikus, így egy 15mA-es áram 1,5mV-ot termel.az elérhető legjobb maganyag használatával nagyon alacsony remanencia is elérhető az egymilliamp tartományban.100 mV/AT esetén a telítés 25 A felett következik be.A kisebb programozási erősítés természetesen nagyobb áramerősséget tesz lehetővé.
A nagy áramok mérése hagyományos nagyáramú érzékelőkkel történik.Az egyik érzékelőről a másikra való váltás egyszerű logikát igényel.
A Raztec mag nélküli érzékelőinek új sorozata kiváló választás nagyáramú érzékelők számára.Ezek az eszközök kiváló linearitást, stabilitást és nulla hiszterézist kínálnak.Könnyen adaptálhatók a mechanikai konfigurációk és áramtartományok széles skálájához.Ezeket az eszközöket a kiváló teljesítményű mágneses térérzékelők új generációjának alkalmazása teszi praktikussá.
Mindkét érzékelőtípus továbbra is előnyös a jel-zaj arányok kezeléséhez a szükséges nagyon magas dinamikus áramtartomány mellett.
A rendkívüli pontosság azonban felesleges lenne, mivel maga az akkumulátor nem pontos coulomb-számláló.A töltés és a kisütés közötti 5%-os hiba jellemző azokra az akkumulátorokra, ahol további inkonzisztenciák vannak.Ezt szem előtt tartva egy viszonylag egyszerű technikát lehet alkalmazni egy alapvető akkumulátormodell használatával.A modell tartalmazhat üresjárati kapocsfeszültséget a kapacitás függvényében, töltési feszültséget a kapacitás függvényében, kisülési és töltési ellenállásokat, amelyek kapacitással és töltési/kisütési ciklusokkal módosíthatók.Megfelelő mért feszültség-időállandót kell megállapítani a kimerülési és helyreállítási feszültség időállandóihoz.
A jó minőségű lítium akkumulátorok jelentős előnye, hogy nagyon kis kapacitást veszítenek nagy kisütési sebesség mellett.Ez a tény leegyszerűsíti a számításokat.Nagyon alacsony szivárgási áramuk is van.A rendszer szivárgása nagyobb lehet.
Ez a technika lehetővé teszi a töltöttségi állapot becslését a tényleges fennmaradó kapacitás néhány százalékpontján belül a megfelelő paraméterek megállapítása után, coulomb-számlálás nélkül.Az akkumulátor coulomb-számlálóvá válik.
Hibaforrások az aktuális érzékelőn belül
Amint fentebb említettük, az eltolási hiba kritikus fontosságú a coulometriás számlálás szempontjából, és az SOC monitoron belül gondoskodni kell arról, hogy az érzékelő eltolását nullára kalibrálják nulláramú feltételek mellett.Ez általában csak a gyári telepítés során lehetséges.Létezhetnek azonban olyan rendszerek, amelyek nulláramot határoznak meg, és ezért lehetővé teszik az eltolás automatikus újrakalibrálását.Ez egy ideális helyzet, mivel az elsodródás is kibírható.
Sajnos minden szenzortechnológia termikus eltolódást produkál, és az áramérzékelők sem kivételek.Most már láthatjuk, hogy ez kritikus tulajdonság.Minőségi alkatrészek felhasználásával és gondos tervezéssel a Raztecnél termikusan stabil áramérzékelők sorozatát fejlesztettük ki, amelyek drift tartománya <0,25 mA/K.20K hőmérsékletváltozás esetén ez maximum 5mA hibát eredményezhet.
A mágneses áramkört tartalmazó áramérzékelők másik gyakori hibaforrása a remanens mágnesesség által okozott hiszterézishiba.Ez gyakran 400 mA-ig terjed, ami miatt az ilyen érzékelők alkalmatlanok az akkumulátor felügyeletére.A legjobb mágneses anyag kiválasztásával a Raztec ezt a minőséget 20 mA-re csökkentette, és ez a hiba idővel valóban csökkent.Ha kevesebb hibára van szükség, lehetséges a lemágnesezés, de ez jelentős bonyolultságot jelent.
Kisebb hiba az átviteli függvény kalibráció hőmérséklettől való eltolódása, de a tömegérzékelőknél ez a hatás sokkal kisebb, mint a cella teljesítményének hőmérséklettől való eltolódása.
Az SOC becslésének legjobb megközelítése az olyan technikák kombinációjának alkalmazása, mint a stabil üresjárati feszültségek, az IXR-rel kompenzált cellafeszültségek, a kulométeres számlálások és a paraméterek hőmérséklet-kompenzációja.Például a hosszú távú integrációs hibák figyelmen kívül hagyhatók az üresjárati vagy alacsony terhelésű akkumulátorfeszültség SOC-értékének becslésével.
Feladás időpontja: 2022-09-09