Кулоновский счет

Меня спрашивали об оценке SOC больше раз, чем я могу сосчитать. Вопрос обычно возникает, когда чей-то аккумулятор показывает 30% на датчике, но через две минуты выключается. В девяти случаях из десяти основная причина кроется в неправильном расчете Кулона.

Coulomb Counting

Кулоновские счетные дорожки заряжаются и разряжаются. На бумаге довольно просто. Вы интегрируете ток с течением времени, ведете текущий подсчет, и этот счет показывает, сколько сока осталось в ячейке.

Ток выборок BMS-обычно находится в диапазоне от 10 Гц до 100 Гц в зависимости от приложения-, и каждая выборка умножается на временной интервал. Добавьте их. Вычтите из своей стартовой мощности. Вот ваш номер SOC.

Вот чему в учебниках уделяется недостаточно внимания. Датчик тока, на который вы полагаетесь, имеет смещение смещения. Имеет ошибку усиления. Имеет температурный коэффициент. Типичный автомобильный шунт может иметь характеристики ±0,5%, но это в идеальных условиях при температуре 25 градусов. Поставьте его под капот в Финиксе в июле, и вы увидите другие цифры.

Еще в 2019 году я работал над программой мягкого гибрида на 48 В. У нас был шунт Vishay с номиналом 100 мкОм. Красивая спецификация. В лаборатории все отслеживалось идеально. Поместите его в автомобиль, использующий рекуперативное торможение при остановках-и-движении, и через шесть часов SOC отклонился на 8 %. Тепловая масса шунта не могла справиться с переходными процессами тока. В итоге мы добавили специальный датчик температуры на сам шунт и запустили алгоритм компенсации в прошивке BMS.

Coulomb Counting

Этот человек постоянно кусает людей. Ваш датчик Холла или шунт имеет минимальный уровень шума. При токе обычного электромобиля при токе ниже 500 мА соотношение сигнал-/-сигнала ухудшается. Но аккумулятор все еще само-разряжается. BMS все еще потребляет ток покоя. Контакторы имеют утечку.

За двух-недельный период стоянки эти небольшие токи суммируются. Я видел, как пакеты теряют 3-4% SOC, чего счетчик Кулона никогда не регистрировал. Хозяин возвращается из отпуска, манометр показывает 85%, но реальная мощность ближе к 81%. Сделайте это несколько раз, и ваши окна повторной калибровки не смогут догнать.

Некоторые команды используют параллельную модель саморазряда-. Другие просто вызывают повторную калибровку OCV после периода отдыха продолжительностью более 4 часов. Идеального ответа не существует. Специалисты по ISO 26262 спросят вас, как вы справляетесь с этим в своем FMEA, и вам лучше иметь документированную стратегию.

Клетка, которую вы охарактеризовали во время развития, — это не та клетка, которая у вас есть после 500 циклов. Номинальная мощность падает. Внутреннее сопротивление возрастает. Но счетчик Кулона не знает этого, пока вы об этом не скажете.

Микросхемы датчиков TI-серия BQ34, например-отслеживают внутреннее сопротивление и регулируют полную зарядную емкость с течением времени. Это подход,-основанный на модели, наложенный на базовый расчет Кулона. Maxim 17205 делает нечто подобное. Для индивидуальных проектов BMS вы создаете их самостоятельно, и для этого требуются проверенные данные о старении, полученные на основе химического состава ваших конкретных клеток.

Клетки NCM здесь ведут себя иначе, чем LFP. LFP имеет ровное плато напряжения, из-за которого коррекции на основе OCV-практически бесполезны в диапазоне SOC 20–80 %. Вы застряли, полагаясь на кулоновский счет, а это означает, что ваша текущая точность измерения имеет еще большее значение.

Coulomb Counting

Полная зарядка – ваш друг. Когда напряжение достигает порога завершения, а ток падает ниже C/20 или любого другого значения вашего порогового значения, вы сбрасываете значение до 100%. Простой. Надежный. Работает каждый раз, когда ваше зарядное устройство и BMS согласны с тем, что означает «полный».

Окончание разряда сложнее. Колено напряжения резкое, зависит от температуры-и зависит от недавней истории нагрузок. Большинство систем не выполняют повторную калибровку при пустом состоянии. Они просто используют полный заряд в качестве опорной точки и доверяют подсчету между ними.

Некоторые стационарные хранилища периодически тестируют емкость. Раз в месяц система выполняет контролируемую полную разрядку и подзарядку. Это дает вам основную истину. Операторы автопарков с электромобилями тоже иногда делают то же самое. Это раздражает с эксплуатационной точки зрения, но решает проблему сноса.

Подсчет Кулона не является сложным алгоритмом. Это сложение и вычитание с множеством источников ошибок. Сложность заключается в понимании того, откуда берутся ошибки, и в разработке стратегий по их устранению.

Правильно выберите текущий датчик. Разберитесь в температурном поведении. Спланируйте стратегию повторной калибровки, прежде чем писать хотя бы одну строку кода. Тестируйте на реальных элементах при реальных температурах и реалистичных профилях нагрузки. Стендовая установка с источником питания и электронной нагрузкой не покажет вам тех проблем, с которыми вы столкнетесь в полевых условиях.