Hva teller Coulomb?

Jeg har blitt spurt om SOC-estimering flere ganger enn jeg kan telle. Spørsmålet kommer vanligvis når noens pakke viser 30 % på måleren, men slår seg av to minutter senere. Ni av ti ganger sporer årsaken tilbake til at Coulomb telling gikk galt.

Konseptet

Coulomb-tellespor lades inn og lades ut. Ganske enkelt på papiret. Du integrerer strøm over tid, holder en løpende oversikt, og den telleren forteller deg hvor mye juice som er igjen i cellen.

BMS sampler strøm-vanligvis et sted mellom 10 Hz og 100 Hz avhengig av applikasjonen-og hver prøve multipliseres med tidsintervallet. Legg dem sammen. Trekk fra startkapasiteten din. Der er SOC-nummeret ditt.

Hvor det blir stygt

Her er hva lærebøkene ikke understreker nok. Den strømsensoren du stoler på har forskjøvet drift. Den har forsterkningsfeil. Den har temperaturkoeffisient. En typisk bilshunt kan spesifisere til ±0,5 %, men det er under ideelle forhold ved 25 grader. Stikk den under panseret i Phoenix i juli, og du ser på forskjellige tall.

Jeg jobbet med et 48V mild hybridprogram tilbake i 2019. Vi hadde en Vishay-shunt vurdert til 100 μΩ. Vakkert spesifikasjonsark. I laboratoriet spores alt perfekt. Sett den i et kjøretøy med regenerativ bremsing i stopp-og-trafikk, og etter seks timer hadde SOC drevet med 8 %. Den termiske massen til shunten kunne ikke holde tritt med de gjeldende transientene. Vi endte opp med å legge til en dedikert temperatursensor på selve shunten og kjøre en kompensasjonsalgoritme i BMS-fastvaren.

Lavstrømsproblemet

Denne biter folk hele tiden. Hall-effektsensoren eller shunten din har et støygulv. Under kanskje 500 mA på en typisk EV-pakke faller signal-til-støyforholdet fra hverandre. Men cellen er fortsatt selvutladende-. BMS trekker fortsatt stillestrøm. Kontaktorene har lekkasje.

I løpet av en to-ukers parkeringsperiode legger disse små strømmene opp. Jeg har sett pakker miste 3-4 % SOC som Coulomb-telleren aldri registrerte. Eieren kommer tilbake fra ferie, måleren viser 85 %, men den faktiske kapasiteten er nærmere 81 %. Gjør det noen ganger, og rekalibreringsvinduene dine kan ikke fange opp.

Noen team kjører en parallell-selvutladningsmodell. Andre tvinger bare en OCV-rekalibrering etter en hvileperiode på over 4 timer. Det er ikke noe perfekt svar. ISO 26262-folkene vil spørre deg hvordan du håndterer dette i FMEA-en din, og du bør ha en dokumentert strategi.

Kapasitet fade

Cellen du karakteriserte under utviklingen er ikke den cellen du har etter 500 sykluser. Den nominelle kapasiteten synker. Den indre motstanden går opp. Men Coulomb-telleren vet ikke det med mindre du forteller det.

TIs gauge IC-er-BQ34-serien, for eksempel-kjører intern impedanssporing og justerer full ladekapasitet over tid. Det er en modell-basert tilnærming lagt på toppen av grunnleggende Coulomb-telling. Maxim 17205 gjør noe lignende. For tilpassede BMS-design bygger du dette selv, og det krever validerte aldringsdata fra din spesifikke cellekjemi.

NCM-celler oppfører seg annerledes enn LFP her. LFP har det flate spenningsplatået som gjør OCV-baserte korreksjoner nesten ubrukelige i 20–80 % SOC-området. Du sitter fast ved å stole på at Coulomb teller tyngre, noe som betyr at din nåværende sansenøyaktighet betyr enda mer.

Praktisk rekalibrering

Full ladning er din venn. Når spenningen når termineringsterskelen og strømmen avtar under C/20 eller hva enn grensen din er, tilbakestiller du til 100%. Enkel. Pålitelig. Fungerer hver gang forutsatt at laderen og BMS er enige om hva "full" betyr.

Slutten av utflod er vanskeligere. Spenningskneet er bratt, temperatur-avhengig og påvirket av nylig lasthistorikk. De fleste systemer kalibrerer ikke på nytt ved tomhet. De bruker bare full ladning som ankerpunkt og stoler på tellingen i mellom.

Noen stasjonære lagringsinstallasjoner kjører periodiske kapasitetstester. En gang i måneden utfører systemet en kontrollert full utlading og opplading. Det gir deg grunnsannhet. Flåteoperatører med elbiler gjør noen ganger dette også. Det er operasjonelt irriterende, men løser driftproblemet.

Hva jeg forteller nye ingeniører

Coulomb-telling er ikke en sofistikert algoritme. Det er addisjon og subtraksjon med mange feilkilder. Det sofistikerte er å forstå hvor feilene kommer fra og å ha strategier for å begrense dem.

Få riktig sensorvalg. Forstå temperaturoppførselen. Planlegg rekalibreringsstrategien din før du skriver en enkelt linje med kode. Test med ekte celler ved reelle temperaturer under realistiske lastprofiler. Benkeoppsettet med strømforsyning og elektronisk last kommer ikke til å vise deg problemene du vil se i felten.