Литий батареясының заряд күйін (SOC) бағалау техникалық тұрғыдан қиын, әсіресе батарея толық зарядталмаған немесе толық зарядсызданған қолданбаларда. Мұндай қолданбалар гибридті электр көліктері (HEVs) болып табылады. Қиындық литий батареяларының өте тегіс кернеу разряд сипаттамаларына байланысты. Кернеу 70% SOC-тен 20% SOC-қа дейін әрең өзгереді. Шын мәнінде, температураның өзгеруіне байланысты кернеудің өзгеруі разрядқа байланысты кернеудің өзгеруіне ұқсас, сондықтан SOC кернеуден алынуы керек болса, ұяшық температурасының орнын толтыру керек.
Тағы бір қиындық батарея сыйымдылығы ең төменгі сыйымдылық ұяшығының сыйымдылығымен анықталады, сондықтан SOC ұяшықтың терминалдық кернеуіне емес, ең әлсіз ұяшықтың терминалдық кернеуіне байланысты бағалануы керек. Мұның бәрі тым қиын болып көрінеді. Неліктен біз ұяшыққа түсетін токтың жалпы мөлшерін сақтап, оны сыртқа ағып жатқан токпен теңестірмейміз? Бұл кулонометриялық санау ретінде белгілі және жеткілікті қарапайым естіледі, бірақ бұл әдісте көптеген қиындықтар бар.
Батареялармінсіз батареялар емес. Олар сіз салған нәрсені ешқашан қайтармайды. Зарядтау кезінде ағып кету тогы бар, ол температураға, зарядтау жылдамдығына, заряд күйіне және қартаюға байланысты өзгереді.
Батареяның сыйымдылығы да зарядсыздану жылдамдығына байланысты сызықты емес өзгереді. Разряд неғұрлым жылдам болса, сыйымдылық соғұрлым төмен болады. 0,5С разрядтан 5С разрядқа дейін төмендеу 15%-ға дейін жоғары болуы мүмкін.
Жоғары температурада батареялардың ағып кету тогы айтарлықтай жоғары болады. Батареядағы ішкі ұяшықтар сыртқы ұяшықтарға қарағанда ыстық болуы мүмкін, сондықтан батарея арқылы ұяшық ағуы бірдей болмайды.
Сыйымдылық те температураның функциясы болып табылады. Кейбір литий химиялық заттар басқаларға қарағанда көбірек әсер етеді.
Бұл теңсіздікті өтеу үшін батареяның ішінде ұяшықтарды теңестіру қолданылады. Бұл қосымша ағып кету тогын батареядан тыс өлшеу мүмкін емес.
Батарея сыйымдылығы ұяшықтың қызмет ету мерзімі ішінде және уақыт өте келе азаяды.
Ағымдағы өлшемдегі кез келген шағын ығысу біріктіріледі және уақыт өте келе үлкен санға айналуы мүмкін, бұл SOC дәлдігіне елеулі әсер етеді.
Жоғарыда айтылғандардың барлығы қалыпты калибрлеу жүргізілмейінше, уақыт өте дәлдіктің ауытқуына әкеледі, бірақ бұл батарея заряды таусылғанда немесе толып кетуге жақын болғанда ғана мүмкін болады. HEV қолданбаларында батареяны шамамен 50% зарядтаған дұрыс, сондықтан өлшеу дәлдігін сенімді түрде түзетудің бір ықтимал жолы батареяны мезгіл-мезгіл толық зарядтау болып табылады. Таза электрлік көліктер үнемі толық немесе толық дерлік зарядталады, сондықтан кулонометриялық есептеулерге негізделген өлшеу өте дәл болуы мүмкін, әсіресе батареяның басқа ақаулары өтелсе.
Кулометриялық санаудың жақсы дәлдігінің кілті кең динамикалық диапазонда токты жақсы анықтау болып табылады.
Токты өлшеудің дәстүрлі әдісі біз үшін шунт болып табылады, бірақ бұл әдістер жоғары (250А+) токтар тартылған кезде төмендейді. Қуатты тұтынуға байланысты шунт төмен қарсылықта болуы керек. Төмен кедергісі бар шунттар төмен (50мА) токтарды өлшеуге жарамайды. Бұл бірден ең маңызды сұрақты тудырады: өлшенетін ең төменгі және максималды токтар қандай? Бұл динамикалық диапазон деп аталады.
Батареяның сыйымдылығын 100Ahr деп есептесек, қолайлы интеграция қатесінің шамамен бағасы.
4 Амп қатесі бір күндегі қателердің 100% немесе 0,4А қатесі бір күнде 10% қате шығарады.
4/7А қатесі бір апта ішінде қателердің 100% немесе 60мА қатесі бір апта ішінде 10% қателерді тудырады.
4/28А қатесі бір айда 100% қатені тудырады немесе 15мА қатесі бір айда 10% қатені тудырады, бұл зарядталуға немесе толық разрядқа жақын болуына байланысты қайта калибрлеусіз күтуге болатын ең жақсы өлшем болуы мүмкін.
Енді токты өлшейтін шунтты қарастырайық. 250А үшін 1 м Ом шунт жоғары жағында болады және 62,5 Вт шығарады. Дегенмен, 15 мА кезінде ол тек 15 микровольт шығарады, ол фондық шу кезінде жоғалады. Динамикалық диапазон 250А/15мА = 17000:1. Егер 14 биттік A/D түрлендіргіші сигналды шу, ығысу және дрейфте шынымен «көре алса», 14 биттік A/D түрлендіргіші қажет. Ауыстырудың маңызды себебі - термопара арқылы туындайтын кернеу мен жерге тұйықталу ығысуы.
Негізінде, осы динамикалық диапазонда токты өлшейтін сенсор жоқ. Жоғары ток сенсорлары тарту және зарядтау мысалдарынан жоғары токтарды өлшеу үшін қажет, ал төмен ток сенсорлары, мысалы, аксессуарлардан және кез келген нөлдік ток күйінен токтарды өлшеу үшін қажет. Төмен ток сенсоры жоғары токты да «көретіндіктен», қанықтыруды қоспағанда, оны бұза алмайды немесе бұза алмайды. Бұл шунт тоғын дереу есептейді.
Шешім
Сенсорлардың өте қолайлы тобы ашық контурлы Холл әсерлі ток сенсорлары болып табылады. Бұл құрылғылар жоғары токтармен зақымдалмайды және Raztec бір өткізгіш арқылы миллиампер диапазонындағы токтарды нақты өлшейтін сенсорлық диапазонды әзірледі. 100мВ/АТ беру функциясы практикалық, сондықтан 15мА ток пайдалы 1,5мВ шығарады. қол жетімді ең жақсы негізгі материалды пайдалану арқылы бір миллиампер диапазонында өте төмен тұрақтылыққа қол жеткізуге болады. 100мВ/АТ кезінде қанығу 25 Амперден жоғары болады. Төменгі бағдарламалау кірісі, әрине, жоғары токтарға мүмкіндік береді.
Жоғары токтар әдеттегі жоғары ток сенсорлары арқылы өлшенеді. Бір сенсордан екіншісіне ауысу қарапайым логиканы қажет етеді.
Raztec компаниясының ядросыз сенсорлардың жаңа ассортименті жоғары ток сенсорлары үшін тамаша таңдау болып табылады. Бұл құрылғылар тамаша сызықтық, тұрақтылық және нөлдік гистерезис ұсынады. Олар механикалық конфигурациялар мен ток ауқымдарының кең ауқымына оңай бейімделеді. Бұл құрылғылар керемет өнімділігі бар магнит өрісі сенсорларының жаңа буынын пайдалану арқылы практикалық түрде жасалған.
Сенсордың екі түрі де талап етілетін токтардың өте жоғары динамикалық диапазоны бар сигнал-шу қатынасын басқару үшін пайдалы болып қала береді.
Дегенмен, өте дәлдік артық болар еді, өйткені батареяның өзі кулондық есептегіш емес. Зарядтау мен разряд арасындағы 5% қате келесі сәйкессіздіктер бар батареяларға тән. Осыны ескере отырып, батареяның негізгі үлгісін пайдаланатын салыстырмалы түрде қарапайым әдісті қолдануға болады. Модель сыйымдылыққа қарсы жүктемесіз терминал кернеуін, сыйымдылыққа қарсы заряд кернеуін, сыйымдылық және зарядтау/разряд циклдерімен өзгертуге болатын разряд және заряд кедергілерін қамтуы мүмкін. Кернеудің азаюы мен қалпына келу уақытының константаларына сәйкес келетін өлшенген кернеу уақытының тұрақты мәндерін орнату қажет.
Сапалы литий батареяларының маңызды артықшылығы - олар жоғары зарядсыздану кезінде өте аз сыйымдылықты жоғалтады. Бұл факт есептеулерді жеңілдетеді. Сондай-ақ оларда ағып кету тогы өте төмен. Жүйенің ағып кетуі жоғары болуы мүмкін.
Бұл әдіс кулондық санауды қажет етпей, тиісті параметрлерді орнатқаннан кейін заряд күйін нақты қалған қуаттың бірнеше пайыздық тармақтары шегінде бағалауға мүмкіндік береді. Батарея кулон есептегішіне айналады.
Ағымдағы сенсордағы қате көздері
Жоғарыда айтылғандай, офсеттік қате кулометриялық санау үшін өте маңызды және нөлдік ток жағдайында сенсордың ығысуын нөлге дейін калибрлеу үшін SOC мониторында қамтамасыз ету қажет. Бұл әдетте зауытта орнату кезінде ғана мүмкін болады. Дегенмен, нөлдік токты анықтайтын, сондықтан ығысуды автоматты түрде қайта калибрлеуге мүмкіндік беретін жүйелер болуы мүмкін. Бұл тамаша жағдай, өйткені дрейфті орналастыруға болады.
Өкінішке орай, барлық сенсорлық технологиялар термиялық офсеттік дрейфті тудырады, ал ток датчиктер де ерекшелік емес. Бұл сыни қасиет екенін енді көріп отырмыз. Raztec-те сапалы құрамдастарды және мұқият дизайнды пайдалану арқылы біз дрейф диапазоны <0,25мА/К болатын термиялық тұрақты ток сенсорларының бірқатарын жасадық. 20K температураның өзгеруі үшін бұл 5мА максималды қатені тудыруы мүмкін.
Магниттік тізбекті қамтитын ток датчиктеріндегі қателердің тағы бір кең тараған көзі - қалдық магнетизмнен туындаған гистерезис қатесі. Бұл жиі 400 мА-ға дейін жетеді, бұл мұндай сенсорларды батареяны бақылау үшін жарамсыз етеді. Ең жақсы магниттік материалды таңдау арқылы Raztec бұл сапаны 20 мА дейін төмендетті және бұл қате уақыт өте азайды. Азырақ қате қажет болса, магнитсіздену мүмкін, бірақ айтарлықтай күрделілік қосады.
Кішірек қате – тасымалдау функциясын калибрлеудің температурамен ауытқуы, бірақ массалық сенсорлар үшін бұл әсер ұяшық өнімділігінің температураға қарай ауытқуынан әлдеқайда аз.
SOC бағалаудың ең жақсы тәсілі тұрақты жүктемесіз кернеулер, IXR компенсацияланған ұяшық кернеулері, кулонометриялық санау және параметрлердің температуралық компенсациясы сияқты әдістердің комбинациясын пайдалану болып табылады. Мысалы, жүктемесіз немесе төмен жүктемелі батарея кернеулері үшін SOC бағалау арқылы ұзақ мерзімді интеграция қателерін елемеуге болады.
Жіберу уақыты: 09 тамыз 2022 ж