การประมาณสถานะการชาร์จ (SOC) ของแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นเรื่องยากในทางเทคนิค โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่แบตเตอรี่ยังชาร์จไม่เต็มหรือคายประจุจนหมดการใช้งานดังกล่าว ได้แก่ รถยนต์ไฟฟ้าไฮบริด (HEV)ความท้าทายนี้เกิดจากลักษณะการปล่อยแรงดันไฟฟ้าที่แบนมากของแบตเตอรี่ลิเธียมแรงดันไฟฟ้าแทบจะไม่เปลี่ยนจาก 70% SOC เป็น 20% SOCความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะคล้ายคลึงกับความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากการคายประจุ ดังนั้น หาก SOC ได้รับจากแรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิของเซลล์จะต้องได้รับการชดเชย
ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือความจุของแบตเตอรี่ถูกกำหนดโดยความจุของเซลล์ความจุต่ำสุด ดังนั้น SOC จึงไม่ควรตัดสินโดยพิจารณาจากแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของเซลล์ แต่พิจารณาจากแรงดันไฟฟ้าปลายของเซลล์ที่อ่อนแอที่สุดทั้งหมดนี้ฟังดูยากเกินไปเล็กน้อยแล้วทำไมเราไม่รักษาปริมาณกระแสทั้งหมดที่ไหลเข้าเซลล์และทำให้มันสมดุลกับกระแสที่ไหลออกล่ะ?วิธีนี้เรียกว่าการนับคูลอมเมตริกและฟังดูง่ายพอสมควร แต่วิธีนี้มีความยากลำบากหลายประการ
แบตเตอรี่ไม่ใช่แบตเตอรี่ที่สมบูรณ์แบบพวกเขาจะไม่คืนสิ่งที่คุณใส่ลงไปมีกระแสรั่วไหลระหว่างการชาร์จ ซึ่งจะแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ อัตราการชาร์จ สถานะการชาร์จ และอายุ
ความจุของแบตเตอรี่ยังแปรผันแบบไม่เป็นเชิงเส้นตามอัตราการคายประจุยิ่งคายประจุได้เร็วเท่าไหร่ ความจุก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้นตั้งแต่การปล่อย 0.5C จนถึงการปล่อย 5C การลดลงอาจสูงถึง 15%
แบตเตอรี่มีกระแสรั่วไหลที่สูงขึ้นอย่างมากที่อุณหภูมิสูงขึ้นเซลล์ภายในของแบตเตอรี่อาจร้อนกว่าเซลล์ภายนอก ดังนั้นการรั่วไหลของเซลล์ผ่านแบตเตอรี่จึงไม่เท่ากัน
ความจุยังเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิด้วยสารเคมีลิเธียมบางชนิดได้รับผลกระทบมากกว่าสารเคมีชนิดอื่น
เพื่อชดเชยความไม่เท่าเทียมกันนี้ มีการใช้การปรับสมดุลเซลล์ภายในแบตเตอรี่กระแสไฟรั่วเพิ่มเติมนี้ไม่สามารถวัดได้นอกแบตเตอรี่
ความจุของแบตเตอรี่จะลดลงอย่างต่อเนื่องตลอดอายุของเซลล์และเมื่อเวลาผ่านไป
ค่าชดเชยเล็กๆ น้อยๆ ในการวัดปัจจุบันจะถูกรวมเข้าด้วยกัน และเมื่อเวลาผ่านไปอาจกลายเป็นตัวเลขจำนวนมาก ซึ่งส่งผลกระทบร้ายแรงต่อความถูกต้องของ SOC
สิ่งที่กล่าวมาทั้งหมดจะส่งผลให้เกิดความคลาดเคลื่อนของความแม่นยำเมื่อเวลาผ่านไป เว้นแต่จะมีการสอบเทียบตามปกติ แต่จะเป็นไปได้เมื่อแบตเตอรี่ใกล้หมดหรือใกล้เต็มเท่านั้นในการใช้งาน HEV วิธีที่ดีที่สุดคือให้แบตเตอรี่มีประจุประมาณ 50% ดังนั้นวิธีหนึ่งที่เป็นไปได้ในการแก้ไขความแม่นยำในการวัดปริมาณได้อย่างน่าเชื่อถือคือการชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็มเป็นระยะยานพาหนะไฟฟ้าบริสุทธิ์มักถูกชาร์จจนเต็มหรือเกือบเต็ม ดังนั้นการวัดตามจำนวนคูลอมเมตริกจึงมีความแม่นยำมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีการชดเชยปัญหาอื่นๆ ของแบตเตอรี่
กุญแจสำคัญสู่ความแม่นยำที่ดีในการนับแบบคูลอมเมตริกคือการตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่ดีในช่วงไดนามิกที่กว้าง
วิธีการวัดกระแสไฟฟ้าแบบดั้งเดิมนั้นเป็นวิธีแบ่งสำหรับเรา แต่วิธีการเหล่านี้จะพังลงเมื่อมีกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่า (250A+) เข้ามาเกี่ยวข้องเนื่องจากการใช้พลังงาน การสับเปลี่ยนจึงต้องมีความต้านทานต่ำการสับเปลี่ยนความต้านทานต่ำไม่เหมาะสำหรับการวัดกระแสต่ำ (50mA)สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามที่สำคัญที่สุดทันที: กระแสต่ำสุดและสูงสุดที่ต้องวัดคือเท่าใดสิ่งนี้เรียกว่าช่วงไดนามิก
สมมติว่าความจุของแบตเตอรี่อยู่ที่ 100Ahr ซึ่งเป็นค่าประมาณคร่าวๆ ของข้อผิดพลาดในการรวมระบบที่ยอมรับได้
ข้อผิดพลาด 4 แอมป์จะทำให้เกิดข้อผิดพลาด 100% ในหนึ่งวัน หรือข้อผิดพลาด 0.4A จะทำให้เกิดข้อผิดพลาด 10% ในหนึ่งวัน
ข้อผิดพลาด 4/7A จะทำให้เกิดข้อผิดพลาด 100% ภายในหนึ่งสัปดาห์ หรือข้อผิดพลาด 60mA จะทำให้เกิดข้อผิดพลาด 10% ภายในหนึ่งสัปดาห์
ข้อผิดพลาด 4/28A จะทำให้เกิดข้อผิดพลาด 100% ในหนึ่งเดือน หรือข้อผิดพลาด 15mA จะทำให้เกิดข้อผิดพลาด 10% ในหนึ่งเดือน ซึ่งน่าจะเป็นการวัดที่ดีที่สุดที่สามารถคาดหวังได้โดยไม่ต้องปรับเทียบใหม่เนื่องจากการชาร์จหรือการคายประจุที่ใกล้จะเสร็จสมบูรณ์
ตอนนี้เรามาดูการแบ่งที่วัดกระแสสำหรับ 250A ค่าสับเปลี่ยน 1m ohm จะอยู่ด้านสูงและให้กำลัง 62.5Wอย่างไรก็ตาม ที่ 15mA จะผลิตกระแสไฟฟ้าได้เพียง 15 ไมโครโวลต์ ซึ่งจะหายไปจากเสียงรบกวนรอบข้างช่วงไดนามิกคือ 250A/15mA = 17,000:1หากตัวแปลง A/D 14 บิตสามารถ "มองเห็น" สัญญาณในสัญญาณรบกวน ออฟเซ็ต และดริฟท์ได้จริงๆ แสดงว่าจำเป็นต้องใช้ตัวแปลง A/D 14 บิตสาเหตุสำคัญของการชดเชยคือการชดเชยแรงดันไฟฟ้าและกราวด์กราวด์ที่สร้างโดยเทอร์โมคัปเปิล
โดยพื้นฐานแล้ว ไม่มีเซ็นเซอร์ที่สามารถวัดกระแสในช่วงไดนามิกนี้ได้เซ็นเซอร์กระแสสูงจำเป็นสำหรับการวัดกระแสที่สูงกว่าจากตัวอย่างการลากและการชาร์จ ในขณะที่เซ็นเซอร์กระแสต่ำจำเป็นสำหรับการวัดกระแสจากอุปกรณ์เสริมและสถานะกระแสเป็นศูนย์ใดๆเนื่องจากเซ็นเซอร์กระแสต่ำยัง "มองเห็น" กระแสสูงด้วย จึงไม่สามารถเสียหายหรือเสียหายจากสิ่งเหล่านี้ได้ ยกเว้นความอิ่มตัววิธีนี้จะคำนวณกระแสสับเปลี่ยนทันที
ทางออก
ตระกูลเซ็นเซอร์ที่เหมาะสมมากคือเซ็นเซอร์กระแสฮอลล์เอฟเฟกต์วงเปิดอุปกรณ์เหล่านี้จะไม่ได้รับความเสียหายจากกระแสไฟฟ้าแรงสูง และ Raztec ได้พัฒนาช่วงเซ็นเซอร์ซึ่งสามารถวัดกระแสในช่วงมิลลิแอมป์ได้จริงผ่านตัวนำตัวนำเพียงตัวเดียวฟังก์ชั่นการถ่ายโอน 100mV/AT นั้นใช้งานได้จริง ดังนั้นกระแส 15mA จะสร้าง 1.5mV ที่ใช้งานได้การใช้วัสดุแกนหลักที่ดีที่สุดที่มีอยู่ ทำให้สามารถมีปริมาณคงตัวที่ต่ำมากในช่วงมิลลิแอมป์เดียวได้ที่ 100mV/AT ความอิ่มตัวจะเกิดขึ้นมากกว่า 25 แอมป์แน่นอนว่าอัตราขยายการตั้งโปรแกรมที่ต่ำกว่าจะช่วยให้กระแสสูงขึ้นได้
กระแสสูงวัดโดยใช้เซ็นเซอร์กระแสสูงแบบธรรมดาการเปลี่ยนจากเซ็นเซอร์หนึ่งไปยังอีกเซ็นเซอร์หนึ่งต้องใช้ตรรกะง่ายๆ
เซ็นเซอร์ไร้แกนกลุ่มผลิตภัณฑ์ใหม่ของ Raztec เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับเซ็นเซอร์กระแสสูงอุปกรณ์เหล่านี้มีความเป็นเส้นตรง มีเสถียรภาพ และไม่มีฮิสเทรีซิสเป็นศูนย์สามารถปรับให้เข้ากับการกำหนดค่าทางกลและช่วงกระแสไฟฟ้าที่หลากหลายได้อย่างง่ายดายอุปกรณ์เหล่านี้ใช้งานได้จริงด้วยการใช้เซ็นเซอร์สนามแม่เหล็กรุ่นใหม่ที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยม
เซ็นเซอร์ทั้งสองประเภทยังคงมีประโยชน์สำหรับการจัดการอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนด้วยกระแสไดนามิกที่สูงมากที่ต้องการ
อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำระดับสูงสุดอาจมีความซ้ำซ้อน เนื่องจากตัวแบตเตอรี่เองไม่ใช่ตัวนับคูลอมบ์ที่แม่นยำข้อผิดพลาด 5% ระหว่างการชาร์จและการคายประจุเป็นเรื่องปกติสำหรับแบตเตอรี่ที่มีความไม่สอดคล้องกันเพิ่มเติมด้วยเหตุนี้ จึงสามารถใช้เทคนิคที่ค่อนข้างง่ายโดยใช้แบตเตอรี่รุ่นพื้นฐานได้แบบจำลองนี้สามารถรวมแรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินัลขณะไม่มีโหลดเทียบกับความจุ แรงดันไฟฟ้าที่ชาร์จเทียบกับความจุ ความต้านทานการคายประจุและประจุ ซึ่งสามารถแก้ไขได้ด้วยความจุและรอบการชาร์จ/การคายประจุจำเป็นต้องสร้างค่าคงที่เวลาแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ที่เหมาะสมเพื่อรองรับค่าคงที่เวลาแรงดันไฟหมดและการกู้คืน
ข้อได้เปรียบที่สำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมคุณภาพดีก็คือจะสูญเสียความจุน้อยมากที่อัตราการคายประจุที่สูงข้อเท็จจริงนี้ทำให้การคำนวณง่ายขึ้นอีกทั้งยังมีกระแสไฟรั่วที่ต่ำมากอีกด้วยการรั่วไหลของระบบอาจสูงขึ้น
เทคนิคนี้ช่วยให้สามารถประมาณสถานะของประจุได้ภายในไม่กี่เปอร์เซ็นต์ของความจุคงเหลือจริงหลังจากสร้างพารามิเตอร์ที่เหมาะสมแล้ว โดยไม่จำเป็นต้องนับคูลอมบ์แบตเตอรี่จะกลายเป็นตัวนับคูลอมบ์
แหล่งที่มาของข้อผิดพลาดภายในเซ็นเซอร์ปัจจุบัน
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ข้อผิดพลาดออฟเซ็ตมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการนับคูลอมเมตริก และควรมีการจัดเตรียมภายในจอภาพ SOC เพื่อปรับเทียบออฟเซ็ตเซ็นเซอร์ให้เป็นศูนย์ภายใต้สภาวะปัจจุบันเป็นศูนย์โดยปกติจะทำได้เฉพาะระหว่างการติดตั้งจากโรงงานเท่านั้นอย่างไรก็ตาม อาจมีระบบที่กำหนดกระแสเป็นศูนย์ และอนุญาตให้มีการสอบเทียบออฟเซ็ตใหม่โดยอัตโนมัตินี่เป็นสถานการณ์ในอุดมคติเนื่องจากสามารถรองรับการดริฟท์ได้
น่าเสียดายที่เทคโนโลยีเซ็นเซอร์ทั้งหมดทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของการชดเชยความร้อน และเซ็นเซอร์ปัจจุบันก็ไม่มีข้อยกเว้นตอนนี้เราเห็นแล้วว่านี่เป็นคุณภาพที่สำคัญด้วยการใช้ส่วนประกอบที่มีคุณภาพและการออกแบบอย่างระมัดระวังที่ Raztec เราได้พัฒนากลุ่มเซ็นเซอร์กระแสที่มีความเสถียรทางความร้อนซึ่งมีช่วงเบี่ยงเบน <0.25mA/Kสำหรับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ 20K สิ่งนี้อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดสูงสุด 5mA
แหล่งที่มาของข้อผิดพลาดทั่วไปอีกประการหนึ่งในเซ็นเซอร์ปัจจุบันที่รวมวงจรแม่เหล็กคือข้อผิดพลาดฮิสเทรีซิสที่เกิดจากแม่เหล็กตกค้างซึ่งมักจะสูงถึง 400mA ซึ่งทำให้เซ็นเซอร์ดังกล่าวไม่เหมาะสมสำหรับการตรวจสอบแบตเตอรี่ด้วยการเลือกวัสดุแม่เหล็กที่ดีที่สุด Raztec ได้ลดคุณภาพนี้ลงเหลือ 20mA และข้อผิดพลาดนี้ลดลงเมื่อเวลาผ่านไปจริงๆหากจำเป็นต้องมีข้อผิดพลาดน้อยลง ก็เป็นไปได้ที่จะล้างอำนาจแม่เหล็กได้ แต่จะเพิ่มความซับซ้อนอย่างมาก
ข้อผิดพลาดที่น้อยกว่าคือการเบี่ยงเบนของการสอบเทียบฟังก์ชันถ่ายโอนกับอุณหภูมิ แต่สำหรับเซ็นเซอร์มวล ผลกระทบนี้จะน้อยกว่าการเบี่ยงเบนของสมรรถนะของเซลล์กับอุณหภูมิมาก
แนวทางที่ดีที่สุดในการประมาณค่า SOC คือการใช้เทคนิคต่างๆ ร่วมกัน เช่น แรงดันไฟฟ้าขณะไม่มีโหลดที่เสถียร แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่ชดเชยโดย IXR จำนวนคูลอมเมตริก และการชดเชยอุณหภูมิของพารามิเตอร์ตัวอย่างเช่น ข้อผิดพลาดในการรวมระบบในระยะยาวสามารถละเว้นได้โดยการประเมิน SOC สำหรับแรงดันไฟฟ้าแบตเตอรี่ที่ไม่มีโหลดหรือโหลดต่ำ
เวลาโพสต์: 09 ส.ค.-2022