Litiozko bateria baten karga-egoeraren (SOC) kalkulatzea zaila da teknikoki, batez ere bateria guztiz kargatuta edo guztiz deskargatuta ez dagoen aplikazioetan. Horrelako aplikazioak ibilgailu elektriko hibridoak (HEV) dira. Erronka litiozko baterien tentsio-deskarga oso lauaren ezaugarrietatik dator. Tentsioa ia ez da aldatzen %70eko SOCtik %20ra SOCra. Izan ere, tenperatura aldaketen ondoriozko tentsio-aldakuntza deskargaren ondoriozko tentsio-aldakuntzaren antzekoa da, beraz, SOC-a tentsiotik atera nahi bada, zelula-tenperatura konpentsatu behar da.
Beste erronka bat bateriaren edukiera ahalmen txikieneko zelularen ahalmenaren arabera zehazten dela da, beraz, SOC ez da zelularen terminaleko tentsioaren arabera epaitu behar, zelula ahulenaren terminaleko tentsioan baizik. Horrek guztiak apur bat zailegia dirudi. Beraz, zergatik ez dugu zelulara doan korronte osoa mantentzen eta ateratzen den korrontearekin orekatzen? Hau zenbaketa koulometrikoa bezala ezagutzen da eta nahikoa sinplea dirudi, baina zailtasun asko ditu metodo honekin.
Pilakez dira bateria perfektuak. Ez dute inoiz itzultzen jarri duzuna. Kargatzean ihes-korrontea dago, tenperatura, karga-tasaren, karga-egoeraren eta zahartzearen arabera.
Bateriaren edukiera ere ez linealki aldatzen da deskarga-abiadurarekin. Zenbat eta azkarrago isurtzea, orduan eta ahalmen txikiagoa. 0,5C-ko deskargatik 5C-ko deskargara, murrizketa %15ekoa izan daiteke.
Bateriek ihes-korronte nabarmen handiagoa dute tenperatura altuagoetan. Bateriaren barneko zelulak kanpoko zelulak baino beroago egon daitezke, beraz, bateriaren bidezko zelulen ihesa ez da berdina izango.
Ahalmena ere tenperaturaren funtzioa da. Litioko produktu kimiko batzuek beste batzuek baino gehiago eragiten dute.
Desberdintasun hori konpentsatzeko, bateriaren barruan zelulen oreka erabiltzen da. Ihes-korronte gehigarri hori ezin da bateriatik kanpo neurtzen.
Bateriaren edukiera etengabe murrizten da zelularen bizitzan zehar eta denboran zehar.
Uneko neurketaren edozein desplazamendu txiki integratuko da eta denborarekin kopuru handi bihur daiteke, SOC-aren zehaztasuna larriki eraginez.
Aurreko guztia denboran zehar zehaztasuna aldatzea eragingo du kalibrazio erregularra egiten ez bada, baina hori bateria ia deskargatuta edo ia beteta dagoenean bakarrik da posible. HEV aplikazioetan bateria gutxi gorabehera % 50eko kargarekin mantentzea da, beraz, neurketaren zehaztasuna modu fidagarrian zuzentzeko modu posible bat bateria aldian-aldian guztiz kargatzea da. Ibilgailu elektriko hutsak aldizka osorik edo ia bete arte kargatzen dira, beraz, zenbaketa ulometrikoetan oinarritutako neurketa oso zehatza izan daiteke, batez ere bateriaren beste arazo batzuk konpentsatzen badira.
Zenbaketa koulometrikoan zehaztasun onaren gakoa korronte ona hautematea da, tarte dinamiko zabal batean.
Korrontea neurtzeko metodo tradizionala shunt bat da guretzat, baina metodo hauek erortzen dira korronte altuagoak (250A+) parte hartzen dutenean. Energia-kontsumoa dela eta, shunt-ak erresistentzia txikia izan behar du. Erresistentzia baxuko shunt-ak ez dira egokiak korronte baxuak (50mA) neurtzeko. Honek berehala planteatzen du galderarik garrantzitsuena: zein dira neurtu beharreko korronte minimoak eta maximoak? Horri barruti dinamikoa deitzen zaio.
100 Ah-ko bateriaren edukiera suposatuz, integrazio-errore onargarriaren gutxi gorabeherako estimazioa.
4 Amp errore batek akatsen % 100 sortuko du egun batean edo 0.4A errore batek akatsen % 10 sortuko du egunean.
4/7A errore batek akatsen % 100 sortuko du aste batean edo 60 mAko errore batek akatsen % 10 sortuko du aste batean.
4/28A errore batek %100eko errorea sortuko du hilabete batean edo 15mAko errore batek %10eko errorea sortuko du hilabete batean, hau da, ziurrenik, birkalibratu gabe espero daitekeen neurketarik onena kargatzeagatik edo ia erabateko deskargagatik.
Ikus dezagun orain korrontea neurtzen duen shunt-a. 250A-rako, 1m ohm-ko shunt bat izango da altueran eta 62,5W ekoizten ditu. Hala ere, 15mA-tan 15 mikrovolto baino ez ditu sortuko, hondoko zaratetan galduko direnak. Barruti dinamikoa 250A/15mA = 17.000:1 da. 14 biteko A/D bihurgailu batek seinalea zaratan, desplazamenduan eta noraezean "ikusten" badu, orduan 14 biteko A/D bihurgailu bat behar da. Desplazamenduaren kausa garrantzitsu bat termopareak sortutako tentsioa eta lur-begizta-desplazamendua da.
Funtsean, ez dago barruti dinamiko honetan korrontea neurtu dezakeen sentsorerik. Korronte handiko sentsoreak behar dira trakzio- eta karga-adibideetako korronte handiagoak neurtzeko, eta korronte baxuko sentsoreak behar dira, adibidez, osagarrietako eta edozein korronte-egoeretako korronteak neurtzeko. Korronte baxuko sentsoreak korronte altua ere "ikusten" duenez, ezin da hauek kaltetu edo hondatu, saturazioa izan ezik. Honek berehala kalkulatzen du shunt-korrontea.
Irtenbide bat
Sentsore familia oso egokia begizta irekiko Hall efektuko korronte sentsoreak dira. Gailu hauek ez dituzte korronte handiek kaltetuko eta Raztec-ek eroale bakar baten bidez miliamperioko korronteak neur ditzakeen sentsore sorta garatu du. 100mV/AT-ko transferentzia-funtzioa praktikoa da, beraz, 15mA-ko korronte batek 1,5mV erabilgarria sortuko du. eskuragarri dagoen core material onena erabiliz, miliamp bakarreko gaman ere erremanentzia oso baxua lor daiteke. 100 mV/AT-an, saturazioa 25 Amperetik gora gertatuko da. Programazio-irabazi txikiagoak, noski, korronte handiagoak ahalbidetzen ditu.
Korronte altuak korronte altuko sentsore konbentzionalak erabiliz neurtzen dira. Sentsore batetik bestera aldatzeak logika sinplea behar du.
Raztec-en nukleorik gabeko sentsore sorta berria aukera bikaina da korronte handiko sentsoreetarako. Gailu hauek linealtasun, egonkortasun eta zero histeresi bikainak eskaintzen dituzte. Erraz molda daitezke konfigurazio mekaniko eta korronte sorta zabaletara. Gailu hauek praktikoak egiten dira errendimendu bikaina duten eremu magnetikoko sentsoreen belaunaldi berri bat erabiliz.
Bi sentsore motak onuragarriak izaten jarraitzen dute seinalearen eta zarataren erlazioak kudeatzeko beharrezkoa den korronte-sorta dinamiko oso altuarekin.
Hala ere, muturreko zehaztasuna erredundantea izango litzateke, bateria bera ez baita coulomb kontagailu zehatza. Kargaren eta deskargaren artean %5eko errorea ohikoa da inkoherentzia gehiago dauden baterien kasuan. Hori kontuan hartuta, oinarrizko bateria-eredua erabiliz teknika nahiko sinplea erabil daiteke. Ereduak kargarik gabeko terminaleko tentsioa edukiera versus, karga-tentsioa edukiera versus, deskarga eta karga-erresistentzia izan ditzake, edukiera eta karga/deskarga zikloekin alda daitezkeenak. Neurtutako tentsio-denbora-konstante egokiak ezarri behar dira agortze- eta berreskuratze-tentsio-denbora-konstanteak egokitzeko.
Kalitate oneko litiozko baterien abantaila esanguratsu bat deskarga-tasa handietan gaitasun gutxi galtzen dutela da. Gertaera honek kalkuluak errazten ditu. Gainera, ihes-korronte oso baxua dute. Baliteke sistemaren ihesa handiagoa izatea.
Teknika honek karga-egoera zenbatesteko aukera ematen du benetako gainerako ahalmenaren portzentaje-puntu batzuen barruan, parametro egokiak ezarri ondoren, coulomben zenbaketa beharrik gabe. Bateria coulomb kontagailu bihurtzen da.
Akats-iturriak uneko sentsorearen barruan
Goian esan bezala, desplazamendu-errorea funtsezkoa da zenbaketa koulometrikorako eta SOC monitorearen barruan sentsorearen desplazamendua zerora kalibratzeko neurriak hartu behar dira egungo zero baldintzetan. Hau normalean fabrikako instalazioan bakarrik egin daiteke. Hala ere, korrontea zero zehazten duten sistemak egon daitezke eta, beraz, desplazamenduaren birkalibrazio automatikoa ahalbidetzen dutenak. Egoera aproposa da, noraeza egokitu daitekeelako.
Zoritxarrez, sentsore-teknologia guztiek desplazamendu termikoa sortzen dute, eta egungo sentsoreak ez dira salbuespena. Orain ikus dezakegu hori kalitate kritikoa dela. Raztec-en kalitatezko osagaiak eta diseinu zaindua erabiliz, termikoki egonkorrak diren korronte sentsore sorta bat garatu dugu <0,25 mA/K-ko desbideratze tartearekin. 20K-ko tenperatura-aldaketarako, honek 5mA-ko gehienezko errorea sor dezake.
Zirkuitu magnetikoa duten korronte-sentsoreetan ohiko beste errore-iturri bat magnetismo erremanenteak eragindako histeresi-errorea da. Hau askotan 400mA-koa da, eta horrek sentsoreak ez dira egokiak bateriaren jarraipena egiteko. Material magnetiko onena hautatuz, Raztec-ek kalitate hori 20mAra murriztu du eta errore hori denborarekin murriztu egin da. Errore gutxiago behar bada, desmagnetizazioa posible da, baina konplexutasun handia gehitzen du.
Errore txikiago bat transferentzia-funtzioaren kalibrazioaren desbideratzea da tenperaturarekiko, baina masa-sentsoreentzat efektu hori zelulak tenperaturarekiko duen errendimendua baino askoz txikiagoa da.
SOC estimatzeko hurbilketarik onena teknika konbinazioa erabiltzea da, hala nola kargarik gabeko tentsio egonkorrak, IXR bidez konpentsatutako zelulen tentsioak, zenbaketa kuulometrikoak eta parametroen tenperatura konpentsazioa. Esate baterako, epe luzerako integrazio-erroreak ez ikusi egin daitezke kargarik gabeko edo karga baxuko baterien tentsioen SOC-a kalkulatuz.
Argitalpenaren ordua: 2022-09-09