Conteggio di Coulomb

Mi è stato chiesto della stima del SOC più volte di quanto possa contare. La domanda di solito sorge quando il pacco di qualcuno mostra il 30% sull'indicatore ma si spegne due minuti dopo. Nove volte su dieci, la causa principale risale al conteggio di Coulomb andato storto.

Coulomb Counting

Le tracce di conteggio di Coulomb si caricano e si scaricano. Abbastanza semplice sulla carta. Integri la corrente nel tempo, tieni un conteggio aggiornato e quel conteggio ti dice quanto succo è rimasto nella cella.

Il BMS campiona la corrente-di solito tra 10 Hz e 100 Hz a seconda dell'applicazione-e ciascun campione viene moltiplicato per l'intervallo di tempo. Aggiungili. Sottrai dalla tua capacità iniziale. C'è il tuo numero SOC.

Ecco ciò che i libri di testo non sottolineano abbastanza. Il sensore di corrente su cui fai affidamento ha una deriva compensata. Ha un errore di guadagno. Ha coefficiente di temperatura. Un tipico shunt automobilistico potrebbe specificare ±0,5%, ma in condizioni ideali è di 25 gradi. Mettilo sotto il cofano a Phoenix a luglio e vedrai numeri diversi.

Ho lavorato su un programma ibrido leggero da 48 V nel 2019. Avevamo uno shunt Vishay valutato a 100 μΩ. Bellissima scheda tecnica. In laboratorio, tutto ha funzionato alla perfezione. Mettilo in un veicolo che esegue la frenata rigenerativa nel traffico stop-and{7}}go e dopo sei ore il SOC si era abbassato dell'8%. La massa termica dello shunt non è riuscita a tenere il passo con i transitori attuali. Alla fine abbiamo aggiunto un sensore di temperatura dedicato sullo shunt stesso ed eseguito un algoritmo di compensazione nel firmware BMS.

Coulomb Counting

Questo morde le persone continuamente. Il tuo sensore ad effetto Hall o il tuo shunt hanno un rumore di fondo. Al di sotto dei 500 mA su un tipico pacchetto di veicoli elettrici, il rapporto segnale-rispetto-rumore crolla. Ma la cella si sta ancora-scaricando da sola. Il BMS sta ancora assorbendo corrente di quiescenza. I contattori presentano perdite.

Durante un periodo di sosta di due-settimane, queste piccole correnti si sommano. Ho visto pacchetti perdere il 3-4% di SOC che il contatore Coulomb non ha mai registrato. Il proprietario torna dalle vacanze, l'indicatore segna l'85%, ma la capacità effettiva è più vicina all'81%. Fallo alcune volte e le finestre di ricalibrazione non riusciranno a recuperare.

Alcuni team utilizzano un modello di autoscaricamento-parallelo. Altri forzano semplicemente una ricalibrazione dell'OCV dopo qualsiasi periodo di riposo superiore a 4 ore. Non esiste una risposta perfetta. Il personale ISO 26262 ti chiederà come gestirlo nella tua FMEA ed è meglio che tu abbia una strategia documentata.

La cellula che hai caratterizzato durante lo sviluppo non è la cellula che hai dopo 500 cicli. La capacità nominale diminuisce. La resistenza interna aumenta. Ma il contatore di Coulomb non lo sa a meno che tu non glielo dica.

I circuiti integrati di misurazione di TI-la serie BQ34, ad esempio-eseguono il monitoraggio dell'impedenza interna e regolano la capacità di carica completa nel tempo. Si tratta di un approccio basato su modelli-che si sovrappone al conteggio di Coulomb di base. Il Maxim 17205 fa qualcosa di simile. Per i progetti BMS personalizzati, lo stai costruendo tu stesso e richiede dati di invecchiamento convalidati dalla chimica cellulare specifica.

In questo caso le celle NCM si comportano diversamente da quelle LFP. L'LFP ha un plateau di tensione piatto che rende le correzioni basate su OCV-quasi inutili nell'intervallo SOC del 20-80%. Sei bloccato a fare affidamento sul conteggio di Coulomb più pesante, il che significa che la tua attuale precisione di rilevamento conta ancora di più.

Coulomb Counting

La carica completa è tua amica. Quando la tensione raggiunge la soglia di terminazione e la corrente si riduce al di sotto di C/20 o qualunque sia il limite, si reimposta al 100%. Semplice. Affidabile. Funziona sempre presupponendo che il caricabatterie e il BMS siano d'accordo su cosa significhi "pieno".

La fine della scarica è più complicata. Il ginocchio di tensione è ripido,-dipendente dalla temperatura e influenzato dalla recente cronologia dei carichi. La maggior parte dei sistemi non si ricalibra a vuoto. Usano semplicemente la carica completa come punto di ancoraggio e si fidano del conteggio intermedio.

Alcuni impianti di stoccaggio fissi eseguono test periodici di capacità. Una volta al mese, il sistema esegue una scarica completa e una ricarica controllata. Questo ti dà la verità. Anche gli operatori di flotte con veicoli elettrici a volte lo fanno. Operativamente è fastidioso ma risolve il problema della deriva.

Il conteggio di Coulomb non è un algoritmo sofisticato. Si tratta di addizioni e sottrazioni con molte fonti di errore. La sofisticazione sta nel capire da dove provengono gli errori e nell’avere strategie per limitarli.

Scegli correttamente la selezione del sensore attuale. Comprendere il comportamento della temperatura. Pianifica la tua strategia di ricalibrazione prima di scrivere una singola riga di codice. Testare con celle reali a temperature reali e con profili di carico realistici. La configurazione da banco con un alimentatore e un carico elettronico non ti mostrerà i problemi che vedrai sul campo.