Coulomb-Zählung

Ich wurde schon öfter nach der SOC-Schätzung gefragt, als ich zählen kann. Die Frage stellt sich normalerweise, wenn jemandes Rucksack 30 % auf dem Messgerät anzeigt, sich aber zwei Minuten später abschaltet. In neun von zehn Fällen geht die Ursache auf eine fehlerhafte Coulomb-Zählung zurück.

Coulomb Counting

Coulomb-Zählspuren laden ein und aus. Auf dem Papier ziemlich einfach. Sie integrieren den Strom über die Zeit, führen eine laufende Zählung und diese Zählung zeigt Ihnen, wie viel Saft noch in der Zelle vorhanden ist.

Das BMS tastet den Strom ab-normalerweise irgendwo zwischen 10 Hz und 100 Hz, abhängig von der Anwendung-und jeder Abtastwert wird mit dem Zeitintervall multipliziert. Addieren Sie sie. Subtrahieren Sie von Ihrer Startkapazität. Da ist Ihre SOC-Nummer.

Folgendes wird in den Lehrbüchern nicht ausreichend betont. Der Stromsensor, auf den Sie sich verlassen, weist eine Offsetdrift auf. Es liegt ein Verstärkungsfehler vor. Es hat einen Temperaturkoeffizienten. Ein typischer Automobil-Shunt könnte bei ±0,5 % spezifizieren, aber das ist unter idealen Bedingungen bei 25 Grad der Fall. Stecken Sie es im Juli in Phoenix unter eine Haube, und Sie sehen andere Zahlen.

Ich habe 2019 an einem 48-V-Mild-Hybrid-Programm gearbeitet. Wir hatten einen Vishay-Shunt mit einer Nennleistung von 100 μΩ. Schönes Datenblatt. Im Labor wurde alles perfekt verfolgt. Setzen Sie es in ein Fahrzeug ein, das im Stop-and--Verkehr regenerativ bremst, und nach sechs Stunden war der SOC um 8 % gesunken. Die thermische Masse des Shunts konnte mit den Stromspitzen nicht mithalten. Am Ende haben wir einen speziellen Temperatursensor am Shunt selbst angebracht und einen Kompensationsalgorithmus in der BMS-Firmware ausgeführt.

Coulomb Counting

Dieser beißt die Leute ständig. Ihr Hall-Effekt-Sensor oder Ihr Shunt weist ein Grundrauschen auf. Unterhalb von vielleicht 500 mA bei einem typischen EV-Akku fällt das Signal-{3}}zu--Verhältnis auseinander. Aber die Zelle entlädt sich immer noch selbst-. Das BMS bezieht immer noch Ruhestrom. Die Schütze haben Leckage.

Über einen Parkzeitraum von zwei-Wochen summieren sich diese kleinen Strömungen. Ich habe Packungen gesehen, die 3-4 % SOC verloren haben, was der Coulomb-Zähler nie registriert hat. Der Besitzer kommt aus dem Urlaub zurück, die Anzeige zeigt 85 %, die tatsächliche Kapazität liegt jedoch eher bei 81 %. Machen Sie das ein paar Mal, und Ihre Neukalibrierungsfenster können nicht mithalten.

Einige Teams verwenden ein paralleles Selbstentladungsmodell. Andere erzwingen lediglich eine OCV-Neukalibrierung nach einer Ruhezeit von mehr als 4 Stunden. Es gibt keine perfekte Antwort. Die ISO 26262-Leute werden Sie fragen, wie Sie damit in Ihrer FMEA umgehen, und Sie sollten besser eine dokumentierte Strategie haben.

Die Zelle, die Sie während der Entwicklung charakterisiert haben, ist nicht die Zelle, die Sie nach 500 Zyklen haben. Die Nennkapazität sinkt. Der innere Widerstand steigt. Aber der Coulomb-Zähler weiß das nicht, es sei denn, man sagt es ihm.

Die Mess-ICs von TI -z. B. der BQ34-Serie- führen eine interne Impedanzverfolgung durch und passen die volle Ladekapazität im Laufe der Zeit an. Das ist ein modellbasierter Ansatz, der auf der grundlegenden Coulomb-Zählung aufbaut. Der Maxim 17205 macht etwas Ähnliches. Bei benutzerdefinierten BMS-Designs erstellen Sie diese selbst und es sind validierte Alterungsdaten aus Ihrer spezifischen Zellchemie erforderlich.

NCM-Zellen verhalten sich hier anders als LFP. LFP hat dieses flache Spannungsplateau, das OCV-basierte Korrekturen im SOC-Bereich von 20–80 % nahezu nutzlos macht. Sie müssen sich mehr auf die Coulomb-Zählung verlassen, was bedeutet, dass Ihre aktuelle Erfassungsgenauigkeit umso wichtiger ist.

Coulomb Counting

Volle Ladung ist dein Freund. Wenn die Spannung den Abschlussschwellenwert erreicht und der Strom unter C/20 oder was auch immer Ihr Grenzwert ist, sinkt, wird der Wert auf 100 % zurückgesetzt. Einfach. Zuverlässig. Funktioniert jedes Mal, vorausgesetzt, Ihr Ladegerät und Ihr BMS sind sich darüber einig, was „voll“ bedeutet.

Das Ende der Entladung ist schwieriger. Der Spannungsknick ist steil, temperatur-abhängig und wird durch den aktuellen Lastverlauf beeinflusst. Die meisten Systeme kalibrieren sich im leeren Zustand nicht neu. Sie verwenden lediglich die volle Ladung als Ankerpunkt und vertrauen auf die dazwischen liegende Zählung.

Einige stationäre Speicheranlagen führen regelmäßige Kapazitätstests durch. Einmal im Monat führt das System eine kontrollierte Vollentladung und Wiederaufladung durch. Das gibt Ihnen die Grundwahrheit. Auch Flottenbetreiber mit Elektrofahrzeugen tun dies manchmal. Es ist betrieblich ärgerlich, löst aber das Driftproblem.

Die Coulomb-Zählung ist kein hochentwickelter Algorithmus. Es handelt sich um Addition und Subtraktion mit vielen Fehlerquellen. Die Raffinesse besteht darin, zu verstehen, woher die Fehler kommen, und Strategien zu haben, sie zu beheben.

Treffen Sie Ihre aktuelle Sensorauswahl richtig. Verstehen Sie das Temperaturverhalten. Planen Sie Ihre Neukalibrierungsstrategie, bevor Sie eine einzige Codezeile schreiben. Testen Sie mit echten Zellen bei echten Temperaturen und realistischen Lastprofilen. Der Tischaufbau mit einem Netzteil und einer elektronischen Last wird Ihnen nicht die Probleme zeigen, die Sie im Feld sehen werden.