Perkiraan status pengisian daya (SOC) baterai litium secara teknis sulit, terutama dalam aplikasi di mana baterai tidak terisi penuh atau kosong sepenuhnya. Aplikasi tersebut adalah kendaraan listrik hibrida (HEV). Tantangannya berasal dari karakteristik pelepasan tegangan baterai litium yang sangat datar. Tegangannya hampir tidak berubah dari 70% SOC ke 20% SOC. Faktanya, variasi tegangan akibat perubahan suhu serupa dengan variasi tegangan akibat pelepasan, jadi jika SOC ingin diturunkan dari tegangan, suhu sel harus dikompensasi.
Tantangan lainnya adalah kapasitas baterai ditentukan oleh kapasitas sel dengan kapasitas terendah, sehingga SOC tidak boleh dinilai berdasarkan tegangan terminal sel, tetapi berdasarkan tegangan terminal sel terlemah. Ini semua kedengarannya terlalu sulit. Jadi kenapa kita tidak menjaga jumlah total arus yang mengalir ke dalam sel dan menyeimbangkannya dengan arus yang keluar? Ini dikenal sebagai penghitungan koulometri dan kedengarannya cukup sederhana, namun terdapat banyak kesulitan dalam metode ini.
Bateraibukan baterai yang sempurna. Mereka tidak pernah mengembalikan apa yang Anda masukkan ke dalamnya. Terdapat kebocoran arus selama pengisian daya, yang bervariasi menurut suhu, laju pengisian daya, status pengisian daya, dan usia.
Kapasitas baterai juga bervariasi secara non-linear dengan laju pengosongannya. Semakin cepat debitnya, semakin rendah kapasitasnya. Dari debit 0,5C ke debit 5C, pengurangannya bisa mencapai 15%.
Baterai memiliki arus bocor yang jauh lebih tinggi pada suhu yang lebih tinggi. Sel-sel internal dalam baterai mungkin lebih panas daripada sel-sel eksternal, sehingga kebocoran sel melalui baterai tidak merata.
Kapasitas juga merupakan fungsi suhu. Beberapa bahan kimia litium lebih terpengaruh dibandingkan bahan kimia lainnya.
Untuk mengimbangi ketidaksetaraan ini, penyeimbangan sel digunakan di dalam baterai. Arus bocor tambahan ini tidak dapat diukur di luar baterai.
Kapasitas baterai terus menurun seiring masa pakai sel dan seiring berjalannya waktu.
Setiap offset kecil dalam pengukuran saat ini akan diintegrasikan dan seiring waktu dapat menjadi angka yang besar, sehingga sangat mempengaruhi keakuratan SOC.
Semua hal di atas akan mengakibatkan penyimpangan akurasi dari waktu ke waktu kecuali kalibrasi rutin dilakukan, namun hal ini hanya mungkin terjadi bila baterai hampir habis atau hampir penuh. Dalam aplikasi HEV, yang terbaik adalah menjaga daya baterai sekitar 50%, jadi salah satu cara yang mungkin untuk mengoreksi keakuratan pengukuran adalah dengan mengisi daya baterai hingga penuh secara berkala. Kendaraan listrik murni biasanya diisi dayanya hingga penuh atau hampir penuh, sehingga pengukuran berdasarkan penghitungan koulometri bisa sangat akurat, terutama jika masalah baterai lainnya dapat diatasi.
Kunci akurasi yang baik dalam penghitungan koulometri adalah deteksi arus yang baik pada rentang dinamis yang luas.
Metode tradisional untuk mengukur arus bagi kami adalah shunt, tetapi metode ini tidak akan berfungsi jika melibatkan arus yang lebih tinggi (250A+). Karena konsumsi daya, shunt harus memiliki resistansi rendah. Shunt resistansi rendah tidak cocok untuk mengukur arus rendah (50mA). Hal ini segera menimbulkan pertanyaan paling penting: berapakah arus minimum dan maksimum yang harus diukur? Ini disebut rentang dinamis.
Dengan asumsi kapasitas baterai 100Ahr, perkiraan kasar kesalahan integrasi dapat diterima.
Error 4 Amp akan menghasilkan 100% error dalam sehari atau error 0,4A akan menghasilkan 10% error dalam sehari.
Kesalahan 4/7A akan menghasilkan 100% kesalahan dalam seminggu atau kesalahan 60mA akan menghasilkan 10% kesalahan dalam seminggu.
Kesalahan 4/28A akan menghasilkan kesalahan 100% dalam sebulan atau kesalahan 15mA akan menghasilkan kesalahan 10% dalam sebulan, yang mungkin merupakan pengukuran terbaik yang dapat diharapkan tanpa kalibrasi ulang karena pengisian daya atau pengosongan hampir sempurna.
Sekarang mari kita lihat shunt yang mengukur arus. Untuk 250A, shunt 1m ohm akan berada di sisi yang tinggi dan menghasilkan 62,5W. Namun, pada 15mA hanya akan menghasilkan 15 mikrovolt, yang akan hilang dalam kebisingan latar belakang. Rentang dinamisnya adalah 250A/15mA = 17,000:1. Jika konverter A/D 14-bit benar-benar dapat "melihat" sinyal dalam noise, offset, dan drift, maka diperlukan konverter A/D 14-bit. Penyebab penting offset adalah offset tegangan dan ground loop yang dihasilkan oleh termokopel.
Pada dasarnya, tidak ada sensor yang dapat mengukur arus dalam rentang dinamis ini. Sensor arus tinggi diperlukan untuk mengukur arus yang lebih tinggi dari contoh traksi dan pengisian daya, sedangkan sensor arus rendah diperlukan untuk mengukur arus, misalnya, aksesori dan kondisi arus nol apa pun. Karena sensor arus rendah juga "melihat" arus tinggi, maka sensor ini tidak dapat rusak atau rusak, kecuali saturasi. Ini segera menghitung arus shunt.
Sebuah solusi
Keluarga sensor yang sangat cocok adalah sensor arus efek Hall loop terbuka. Perangkat ini tidak akan rusak oleh arus tinggi dan Raztec telah mengembangkan rentang sensor yang benar-benar dapat mengukur arus dalam rentang miliampere melalui satu konduktor. fungsi transfer 100mV/AT praktis, sehingga arus 15mA akan menghasilkan 1,5mV yang dapat digunakan. dengan menggunakan material inti terbaik yang tersedia, remanensi yang sangat rendah dalam rentang miliamp tunggal juga dapat dicapai. Pada 100mV/AT, saturasi akan terjadi di atas 25 Amps. Penguatan pemrograman yang lebih rendah tentu saja memungkinkan arus yang lebih tinggi.
Arus tinggi diukur menggunakan sensor arus tinggi konvensional. Beralih dari satu sensor ke sensor lainnya memerlukan logika sederhana.
Rangkaian sensor tanpa inti baru dari Raztec adalah pilihan yang sangat baik untuk sensor arus tinggi. Perangkat ini menawarkan linearitas, stabilitas, dan histeresis nol yang sangat baik. Mereka mudah beradaptasi dengan berbagai konfigurasi mekanis dan rentang arus. Perangkat ini dibuat praktis dengan penggunaan sensor medan magnet generasi baru dengan kinerja luar biasa.
Kedua jenis sensor ini tetap bermanfaat untuk mengelola rasio signal-to-noise dengan rentang arus dinamis yang sangat tinggi yang diperlukan.
Namun, akurasi ekstrem akan menjadi mubazir karena baterai itu sendiri bukanlah penghitung coulomb yang akurat. Kesalahan sebesar 5% antara pengisian dan pengosongan merupakan hal yang biasa terjadi pada baterai dimana terdapat ketidakkonsistenan lebih lanjut. Dengan pemikiran ini, teknik yang relatif sederhana dengan menggunakan model baterai dasar dapat digunakan. Model ini dapat mencakup tegangan terminal tanpa beban versus kapasitas, tegangan pengisian versus kapasitas, resistansi pengosongan dan pengisian yang dapat dimodifikasi dengan kapasitas dan siklus pengisian/pengosongan. Konstanta waktu tegangan terukur yang sesuai perlu ditetapkan untuk mengakomodasi konstanta waktu tegangan deplesi dan pemulihan.
Keuntungan signifikan dari baterai litium berkualitas baik adalah baterai tersebut kehilangan kapasitas yang sangat kecil pada tingkat pengosongan yang tinggi. Fakta ini menyederhanakan perhitungan. Mereka juga memiliki arus bocor yang sangat rendah. Kebocoran sistem mungkin lebih tinggi.
Teknik ini memungkinkan estimasi status muatan dalam beberapa poin persentase dari sisa kapasitas sebenarnya setelah menetapkan parameter yang sesuai, tanpa memerlukan penghitungan coulomb. Baterai menjadi penghitung coulomb.
Sumber kesalahan dalam sensor saat ini
Seperti disebutkan di atas, kesalahan offset sangat penting untuk penghitungan koulometri dan ketentuan harus dilakukan dalam monitor SOC untuk mengkalibrasi offset sensor ke nol dalam kondisi arus nol. Ini biasanya hanya dapat dilakukan selama instalasi pabrik. Namun, mungkin ada sistem yang menentukan arus nol dan oleh karena itu memungkinkan kalibrasi ulang offset secara otomatis. Ini adalah situasi yang ideal karena penyimpangan dapat diakomodasi.
Sayangnya, semua teknologi sensor menghasilkan penyimpangan offset termal, tidak terkecuali sensor arus. Sekarang kita dapat melihat bahwa ini adalah kualitas yang penting. Dengan menggunakan komponen berkualitas dan desain yang cermat di Raztec, kami telah mengembangkan serangkaian sensor arus yang stabil secara termal dengan rentang penyimpangan <0,25mA/K. Untuk perubahan suhu 20K dapat menghasilkan error maksimum sebesar 5mA.
Sumber kesalahan umum lainnya pada sensor arus yang dilengkapi sirkuit magnetik adalah kesalahan histeresis yang disebabkan oleh magnet remanen. Seringkali hingga 400mA, yang membuat sensor tersebut tidak cocok untuk pemantauan baterai. Dengan memilih bahan magnetik terbaik, Raztec telah mengurangi kualitas ini hingga 20mA dan kesalahan ini sebenarnya berkurang seiring waktu. Jika kesalahan yang diperlukan lebih sedikit, demagnetisasi dapat terjadi, namun menambah kompleksitas yang cukup besar.
Kesalahan yang lebih kecil adalah penyimpangan kalibrasi fungsi transfer dengan suhu, namun untuk sensor massa efek ini jauh lebih kecil dibandingkan penyimpangan kinerja sel dengan suhu.
Pendekatan terbaik untuk estimasi SOC adalah dengan menggunakan kombinasi teknik seperti tegangan tanpa beban yang stabil, tegangan sel dikompensasi oleh IXR, penghitungan koulometri, dan kompensasi suhu parameter. Misalnya, kesalahan integrasi jangka panjang dapat diabaikan dengan memperkirakan SOC untuk tegangan baterai tanpa beban atau beban rendah.
Waktu posting: 09 Agustus-2022