Coulomb-telling

Er is mij vaker gevraagd naar de SOC-schatting dan ik kan tellen. Deze vraag komt meestal naar voren als iemands rugzak 30% op de meter aangeeft, maar twee minuten later wordt uitgeschakeld. Negen van de tien keer is de hoofdoorzaak terug te voeren op een foute Coulomb-telling.

Coulomb Counting

Coulomb-telsporen laden in en uit. Op papier vrij simpel. Je integreert de stroom in de loop van de tijd, houdt een lopende telling bij en die telling vertelt je hoeveel sap er nog in de cel zit.

Het BMS bemonstert de stroom-meestal ergens tussen 10 Hz en 100 Hz, afhankelijk van de toepassing-en elk monster wordt vermenigvuldigd met het tijdsinterval. Voeg ze toe. Trek dit af van uw startcapaciteit. Daar is uw SOC-nummer.

Dit is wat de schoolboeken niet genoeg benadrukken. De stroomsensor waarop u vertrouwt, heeft een offset-drift. Er is sprake van een gain-fout. Het heeft een temperatuurcoëfficiënt. Een typische auto-shunt kan een specificaties van ±0,5% hebben, maar dat is onder ideale omstandigheden bij 25 graden. Steek het onder een motorkap in Phoenix in juli, en je kijkt naar verschillende cijfers.

Ik werkte in 2019 aan een mild hybride-programma van 48 V. We hadden een Vishay-shunt van 100 μΩ. Mooie specsheet. In het lab werd alles perfect gevolgd. Zet hem in een voertuig dat regeneratief remt in het stop-en-verkeer, en na zes uur was de SOC met 8% gedaald. De thermische massa van de shunt kon de huidige transiënten niet bijhouden. Uiteindelijk hebben we een speciale temperatuursensor aan de shunt zelf toegevoegd en een compensatie-algoritme in de BMS-firmware uitgevoerd.

Coulomb Counting

Deze bijt mensen de hele tijd. Uw Hall-effectsensor of uw shunt heeft een ruisvloer. Onder misschien 500 mA bij een typisch EV-pakket valt de signaal-tot-ruisverhouding uiteen. Maar de cel is nog steeds zelfontladend. Het GBS trekt nog steeds ruststroom. De contactors vertonen lekkage.

Over een parkeerperiode van twee-weken lopen deze kleine stromen op. Ik heb pakketten 3-4% SOC zien verliezen die de Coulomb-teller nooit heeft geregistreerd. De eigenaar komt terug van vakantie, de meter geeft 85% aan, maar de werkelijke capaciteit ligt dichter bij 81%. Doe dat een paar keer en uw herkalibratievensters kunnen u niet meer inhalen.

Sommige teams hanteren een parallel zelf-zelfontladingsmodel. Anderen forceren gewoon een OCV-herkalibratie na een rustperiode van meer dan 4 uur. Er is geen perfect antwoord. De mensen van ISO 26262 zullen je vragen hoe je dit aanpakt in je FMEA, en je kunt maar beter een gedocumenteerde strategie hebben.

De cel die je tijdens de ontwikkeling hebt gekarakteriseerd, is niet de cel die je na 500 cycli hebt. De nominale capaciteit daalt. De interne weerstand gaat omhoog. Maar de Coulomb-balie weet dat niet, tenzij jij het vertelt.

De meter-IC's van TI-de BQ34-serie,- voeren bijvoorbeeld interne impedantie-tracking uit en passen de volledige laadcapaciteit in de loop van de tijd aan. Dat is een op modellen-gebaseerde aanpak, bovenop de basistelling van Coulomb. De Maxim 17205 doet iets soortgelijks. Voor aangepaste BMS-ontwerpen bouwt u dit zelf, en hiervoor zijn gevalideerde verouderingsgegevens van uw specifieke celchemie nodig.

NCM-cellen gedragen zich hier anders dan LFP. LFP heeft een vlak spanningsplateau dat op OCV-gebaseerde correcties vrijwel nutteloos maakt in het SOC-bereik van 20-80%. U bent vastgelopen op een zwaardere Coulomb-telling, wat betekent dat uw huidige detectienauwkeurigheid nog belangrijker is.

Coulomb Counting

Volledige lading is je vriend. Wanneer de spanning de afsluitdrempel bereikt en de stroom afneemt onder C/20 of wat uw grenswaarde ook is, wordt u gereset naar 100%. Eenvoudig. Betrouwbaar. Werkt altijd, ervan uitgaande dat uw oplader en BMS het eens zijn over wat "vol" betekent.

Het einde van de ontlading is lastiger. De spanningsknie is steil, temperatuur-afhankelijk en wordt beïnvloed door de recente belastinggeschiedenis. De meeste systemen kalibreren niet opnieuw als ze leeg zijn. Ze gebruiken gewoon de volledige lading als ankerpunt en vertrouwen op het tellen daartussen.

Sommige stationaire opslaginstallaties voeren periodiek capaciteitstesten uit. Eén keer per maand voert het systeem een gecontroleerde volledige ontlading en herlading uit. Dat geeft je grondwaarheid. Wagenparkbeheerders met EV’s doen dit soms ook. Het is operationeel vervelend, maar lost het driftprobleem op.

Coulomb-telling is geen geavanceerd algoritme. Het is optellen en aftrekken met veel foutbronnen. De verfijning zit in het begrijpen waar de fouten vandaan komen en het hebben van strategieën om deze te beperken.

Zorg dat uw huidige sensorselectie goed is. Begrijp het temperatuurgedrag. Plan uw herkalibratiestrategie voordat u ook maar één regel code schrijft. Test met echte cellen bij echte temperaturen en onder realistische belastingsprofielen. De bankopstelling met een voeding en een elektronische belasting zal je niet de problemen laten zien die je in het veld tegenkomt.