Hvad tæller Coulomb?

Jeg er blevet spurgt om SOC-estimering flere gange, end jeg kan tælle. Spørgsmålet dukker normalt op, når en persons pakke viser 30 % på måleren, men lukker ned to minutter senere. Ni ud af ti gange sporer årsagen tilbage til Coulomb, der tæller gået galt.

Konceptet

Coulomb-tællespor oplades ind og ud. Ret simpelt på papiret. Du integrerer strøm over tid, holder en løbende opgørelse, og den optælling fortæller dig, hvor meget juice der er tilbage i cellen.

BMS sampler strøm-normalt et sted mellem 10 Hz og 100 Hz afhængigt af applikationen-og hver prøve ganges med tidsintervallet. Tilføj dem. Træk fra din startkapacitet. Der er dit SOC-nummer.

Hvor det bliver grimt

Her er, hvad lærebøgerne ikke understreger nok. Den strømsensor, du stoler på, har udlignet drift. Den har forstærkningsfejl. Den har temperaturkoefficient. En typisk bilshunt kan angive ved ±0,5 %, men det er under ideelle forhold ved 25 grader. Sæt den under en hætte i Phoenix i juli, og du ser på forskellige tal.

Jeg arbejdede på et 48V mild hybrid program tilbage i 2019. Vi havde en Vishay shunt vurderet til 100 μΩ. Smukt spec-ark. I laboratoriet sporede alt perfekt. Sæt den i et køretøj, der laver regenerativ opbremsning i stop-og-trafik, og efter seks timer var SOC drevet med 8 %. Den termiske masse af shunten kunne ikke følge med de nuværende transienter. Vi endte med at tilføje en dedikeret temperatursensor på selve shunten og køre en kompensationsalgoritme i BMS-firmwaren.

Lavstrømsproblemet

Den her bider folk hele tiden. Din Hall-effektsensor eller din shunt har et støjgulv. Under måske 500 mA på en typisk EV-pakke falder signal-til-støjforholdet fra hinanden. Men cellen er stadig selvafladende-. BMS trækker stadig hvilestrøm. Kontaktorerne har lækage.

I løbet af en to-ugers parkeringsperiode tæller disse små strømme sammen. Jeg har set pakker miste 3-4 % SOC, som Coulomb-tælleren aldrig registrerede. Ejeren kommer tilbage fra ferie, måleren viser 85%, men den faktiske kapacitet er tættere på 81%. Gør det et par gange, og dine genkalibreringsvinduer kan ikke indhente det.

Nogle teams kører en parallel selvudledningsmodel-. Andre fremtvinger blot en OCV-rekalibrering efter enhver hvileperiode over 4 timer. Der er ikke noget perfekt svar. ISO 26262-folkene vil spørge dig, hvordan du håndterer dette i din FMEA, og du må hellere have en dokumenteret strategi.

Kapacitet Fade

Den celle, du karakteriserede under udviklingen, er ikke den celle, du har efter 500 cyklusser. Den nominelle kapacitet falder. Den indre modstand stiger. Men Coulomb-tælleren ved det ikke, medmindre du fortæller det.

TI's gauge IC'er-BQ34-serien, for eksempel-kører intern impedanssporing og justerer den fulde opladningskapacitet over tid. Det er en model-baseret tilgang lagt oven på grundlæggende Coulomb-tælling. Maxim 17205 gør noget lignende. For brugerdefinerede BMS-design bygger du dette selv, og det kræver validerede ældningsdata fra din specifikke cellekemi.

NCM-celler opfører sig anderledes end LFP her. LFP har det flade spændingsplateau, der gør OCV-baserede korrektioner næsten ubrugelige i 20-80 % SOC-området. Du sidder fast ved at stole på, at Coulomb tæller mere, hvilket betyder, at din aktuelle registreringsnøjagtighed betyder endnu mere.

Praktisk omkalibrering

Fuld opladning er din ven. Når spændingen når termineringstærsklen, og strømmen falder til under C/20 eller hvad din cutoff nu er, nulstiller du til 100%. Enkel. Pålidelig. Virker hver gang, forudsat at din oplader og BMS er enige om, hvad "fuld" betyder.

Slutningen af ​​udskrivelsen er vanskeligere. Spændingsknæet er stejlt, temperatur-afhængigt og påvirket af den seneste belastningshistorik. De fleste systemer kalibrerer ikke ved tomhed. De bruger bare fuld opladning som ankerpunkt og stoler på optællingen imellem.

Nogle stationære lagerinstallationer kører periodiske kapacitetstests. En gang om måneden udfører systemet en kontrolleret fuld afladning og genopladning. Det giver dig sandhed. Flådeoperatører med elbiler gør nogle gange også dette. Det er driftsmæssigt irriterende, men løser driftproblemet.

Hvad jeg fortæller nye ingeniører

Coulomb-tælling er ikke en sofistikeret algoritme. Det er addition og subtraktion med mange fejlkilder. Det sofistikerede er at forstå, hvor fejlene kommer fra, og at have strategier til at afgrænse dem.

Få dit aktuelle sensorvalg rigtigt. Forstå temperaturadfærden. Planlæg din rekalibreringsstrategi, før du skriver en enkelt linje kode. Test med rigtige celler ved rigtige temperaturer under realistiske belastningsprofiler. Bænkopsætningen med en strømforsyning og en elektronisk belastning vil ikke vise dig de problemer, du vil se i marken.