LiFePO4 մարտկոցների համար SOC գնահատական. հարթ լարման կորի պատճառով առաջացած ճշգրտության խնդիրների լուծում

LiFePO4 մարտկոցը կարող է ցույց տալ լարման փոքր փոփոխություն՝ միաժամանակ ապահովելով իր օգտագործելի հզորության զգալի մասը: Սարքավորումների նախագծողների համար սա միայն լարման վրա հիմնված մարտկոցի տոկոսը դարձնում է անվստահելի աշխատանքային տիրույթի մեծ մասում: Ցուցադրվող լիցքավորման վիճակի հանկարծակի շտկումները կարող են նաև առաջանալ նախնականացման սխալներից, հոսանքի չափման շեղումից կամ մարտկոցի վատ համապատասխանեցված մոդելից:

SOC-ի ճշգրիտ գնահատական LiFePO4 մարտկոցային փաթեթներ պահանջում է չափման և կարգաբերման ռազմավարություն, որը համապատասխանում է իրական բջիջներին, բեռնվածության պրոֆիլին, ջերմաստիճանի տիրույթին և ծերացման պայմաններին: Այն չի լուծվում մեկ ալգորիթմ ընտրելով՝ առանց փաթեթավորման մակարդակի վավերացման:

Արագ պատասխան. Օգտագործեք տրամաչափված հոսանքի ինտեգրումը որպես միջուկի չափում, համատեղեք այն բջիջին հատուկ լարման և ջերմաստիճանի մոդելի հետ և ուղղեք կուտակված սխալը որակավորված հղման պայմաններում: Հետևեք օգտագործելի հզորության փոփոխությանը և վավերացրեք գնահատիչը իրատեսական շահագործման պայմաններում: Պահեք SOC գնահատականը առանձին բջիջի լարման, հոսանքի և ջերմաստիճանի անկախ պաշտպանությունից:

Հիմնական տուփեր

• Հարթ լարման սարահարթը նվազեցնում է միայն լարման օգտակարությունը, սակայն այն լարման չափումները ավելորդ չի դարձնում։

• Կուլոնյան հաշվարկը պահանջում է հոսանքի ճշգրիտ չափում, սկզբնական հենանիշ և հզորության կարգաբերում։

• Ջերմաստիճանը, հիստերեզը, հանգստի ժամանակը և ծերացումը ազդում են մոդելի ճշգրտության վրա։

• SOC ճշգրտությունը նշված պայմաններում թեստի արդյունք է, այլ ոչ թե ալգորիթմի համընդհանուր հատկություն։

• Մեխանիկական ընդարձակման զգայունացումը հետազոտական ​​​​տարբերակ է, որը պահանջում է լրացուցիչ սարքավորումներ և վավերացում։

Մաս 1. Ինչու է LiFePO4 SOC-ը դժվար գնահատելի

1.1 Փոքր լարման փոփոխությունը կարող է ցույց տալ մեծ հզորության փոփոխություն

LiFePO4/FePO4 փուլային վարքագիծը ստեղծում է համեմատաբար հարթ լարման տիրույթ: Դրա ճշգրիտ ձևը կախված է բջիջի նախագծումից, ջերմաստիճանից, լիցքավորման կամ լիցքաթափման պատմությունից և չափման պայմաններից: Մի՛ ընդունեք 27%-94% SOC-ի կամ 0.07 Վ տիրույթի նման գնանշված պլատոն որպես բոլոր LFP բջիջների համար սահմանված սպեցիֆիկացիա:

Բեռնվածության տակ գտնվող տերմինալի լարումը ներառում է բևեռացում և դիմադրության լարման անկում: Այն նույնը չէ, ինչ հանգստի վիճակում գտնվող բաց միացման լարումը (OCV): Հետևաբար, ֆիքսված որոնման աղյուսակը, որը անտեսում է բեռը և ջերմաստիճանը, կարող է մոլորեցնող տոկոսներ առաջացնել, հատկապես պլատոյի շրջանում:

1.2 Հիստերեզիսի և թուլացման բարդ լարման ուղղում

Լիցքավորումը և լիցքաթափումը կարող են առաջացնել տարբեր լարման պատմություններ նմանատիպ SOC-ում: Լարումը նույնպես թուլանում է հոսանքի փոփոխությունից հետո: Օգտագործելի մոդելը պետք է հաշվի առնի այս ազդեցությունները, այլ ոչ թե ենթադրի, որ յուրաքանչյուր չափված լարում համապատասխանում է մեկ ճշգրիտ SOC-ին:

Լարումը մնում է օգտակար որակավորված հենակետային շրջանների մոտ, մոդելի շտկման և պաշտպանության համար: Հարթ հարթակը պատճառ է չափումները համատեղելու, այլ ոչ թե բջիջների լարման մոնիթորինգը չհրաժարվելու համար:

1.3 Առանձին SOC, SOH և մնացած աշխատանքային ժամանակ

SOC-ը նկարագրում է մնացած լիցքը որոշակի հզորության նկատմամբ։ Առողջության վիճակը (SOH) նկարագրում է ծերացման հետ կապված փոփոխությունները, ինչպիսիք են հզորության կորուստը և դիմադրության աճը։ Մնացած աշխատանքային ժամանակը կախված է օգտագործելի էներգիայից, սարքի բեռից, փոխակերպման կորուստներից, ջերմաստիճանից և անջատման պայմաններից։

50% SOC-ով փաթեթի դեպքում պարտադիր չէ, որ մնա իր սկզբնական նոր փաթեթի աշխատանքային ժամանակի կեսը։ Սահմանեք, թե ինչ է նշանակում հոսթի ցուցադրումը և խուսափեք տարողունակության հիմքը փոխելուց՝ առանց հաշվի առնելու, թե ինչպես կգործի ցուցադրվող տոկոսը։

Մաս 2. Գործնական գնահատման ռազմավարության կառուցում

2.1 Սկսեք կալիբրացված կուլոնային հաշվարկից

Կուլոնյան հաշվարկը ինտեգրում է չափված հոսանքը ժամանակի ընթացքում: Պարզեցված լիցքաթափման-դրական կապը հետևյալն է.

SOC(t) = SOC(t0) – ինտեգրալ[I(t) dt] / Քվազելի

Օգտագործեք հետևողական միավորներ՝ հոսանքը ամպերներով և ժամանակը ժամերով, երբ հզորությունը ամպեր-ժամերով է: Բազմապատկեք կոտորակային արդյունքը 100-ով՝ SOC-ի տոկոսը ստանալու համար: Իրական իրականացումները նաև անդրադառնում են լիցքավորման արդյունավետությանը, ինքնալիցքաթափմանը, չչափված պարազիտային բեռներին և օգտագործելի հզորության սահմանմանը:

Հոսանքի սենսորի շեղումը հատկապես կարևոր է երկարատև տեղակայման դեպքում: Օրինակ, 30 օրվա համար ինտեգրված չուղղված 1 մԱ շեղումը համապատասխանում է 0.72 Աժ-ի: 10 Աժ հզորության մոդելում դա ներկայացնում է պոտենցիալ շեղման 7.2 տոկոսային կետ: Սա պատկերազարդ սխալի հաշվարկ է, այլ ոչ թե յուրաքանչյուր BMS-ի կանխատեսում:

2.2 Բջջային մոդելի ավելացում

Միավորել հոսանքի ինտեգրումը լարման, ջերմաստիճանի և բնութագրված մարտկոցի մոդելի հետ: Արտադրանքից կախված՝ սա կարող է օգտագործել որակավորված վառելիքի չափիչ ինտեգրալ սխեմա, փոխհատուցված լիցքաթափման վերջի գնահատում կամ համարժեք միացման մոդել՝ դիտարկիչով, ինչպիսին է EKF-ը կամ UKF-ը:

Texas Instruments-ի վառելիքի չափիչի ուղեցույցը Նկարագրվում են չափման բազմաթիվ մոտեցումներ, ներառյալ կուլոնյան հաշվարկը, փոխհատուցված լիցքաթափման վերջի լարումը և իմպեդանսի հետքը: Դրանց պիտանիությունը կախված է մարտկոցից և կիրառությունից. ոչ մի մեթոդ ավտոմատ կերպով լավագույնը չէ յուրաքանչյուր LFP փաթեթի համար:

Մոդելի բարդությունը պետք է համապատասխանի առկա բնութագրման տվյալներին, պրոցեսորի ռեսուրսներին և ստուգման հնարավորություններին: Ադապտիվ ֆիլտրը չի կարող փոխհատուցել յուրաքանչյուր սենսորի սխալը, սխալ հզորության ենթադրությունը կամ չներկայացված աշխատանքային պայմանը:

2.3 Սահմանեք, թե երբ է թույլատրվում վերաչափումը

Սահմանեք լիարժեք լիցքի հայտնաբերման որակավորված եղանակ, օգտակար թուլացած լարման հղման պայմաններ և հզորության ուսուցման հնարավորություններ: Հետևեք ընտրված չափիչի պահանջներին: Մի՛ պարտադրեք խորը լիցքաթափում պարզապես էկրանը վերագործարկելու համար, հատկապես, երբ սարքավորումների առկայությունը կարևոր է:

Եթե ​​փաթեթը հազվադեպ է հասնում հենակետային վիճակի, քանակականացրեք երկարաժամկետ անորոշությունը և պլանավորեք, թե ինչպես է հյուրընկալողը կարգավորում այն։ Պահպանեք գնահատված վիճակը քնի ռեժիմի և անհրաժեշտության դեպքում վերագործարկումների միջոցով, և ստուգեք, թե ինչ է կատարվում, երբ պահված տվյալները անհասանելի են կամ անհամապատասխան։

Մաս 3. Հասցեագրման փաթեթի մակարդակի սխալի աղբյուրները

3.1 Չափեք իրականում հոսող հոսանքը

Ստուգեք շունտի հանդուրժողականությունը, ուժեղացուցիչի շեղումը, ջերմաստիճանի շեղումը, ADC լուծաչափը և նմուշառման վարքագիծը: Հաստատեք, թե արդյոք BMS սպասման սպառումը, ջեռուցիչի հոսանքը և այլ ճյուղավորումներ անցնում են հոսանքի չափման ուղով: Չչափված ճյուղը կարող է առաջացնել համակարգված սխալ, նույնիսկ եթե գլխավոր սենսորը ճշգրիտ է:

Արագ բեռնման իմպուլսները և շատ փոքր սպասման հոսանքները կարող են տարբեր ձևերով մարտահրավեր նետել նույն չափման շղթային: Հաստատեք երկու աշխատանքային ծայրահեղությունները՝ միայն մեկ հոսանքի տակ չափաբերելու փոխարեն:

3.2 Հաշվի առեք ջերմաստիճանի, ծերացման և բջջային անհավասարակշռության գործոնները

Հասանելի հզորությունը և լարման տատանումը փոխվում են ջերմաստիճանի և ծերացման հետ մեկտեղ: Հաջորդական փաթեթում մեկ բջջային խումբը կարող է հասնել իր լիցքաթափման սահմանին, նախքան միջին փաթեթի գնահատականը կազդի սպառման վրա: Աշխատանքային ժամանակի հաշվետվությունը պետք է հաշվի առնի սահմանափակող պայմանները, այլ ոչ թե ենթադրի, որ յուրաքանչյուր բջջային խումբ ունի նույնական հզորություն:

Բջիջների հավասարակշռումը և SOC գնահատումը կապված են, բայց տարբեր գործառույթներ են: Հավասարակշռումը չի կարող վերականգնել քայքայված բջիջը կամ սխալ մոդելը դարձնել ճիշտ: Գնահատողի հետ մեկտեղ օգտագործեք համապատասխան բջիջներ և համապատասխան արտադրական կառավարման միջոցներ:

3.3 Պաշտպանությունը պահեք անկախ ցուցադրված տոկոսից

  մարտկոցի կառավարման համակարգ պետք է կիրառվեն մարտկոցի լարման, հոսանքի և ջերմաստիճանի համապատասխան սահմանափակումներ, նույնիսկ եթե SOC-ն սխալ է: SOC-ի ճշգրիտ գնահատականը չի բացառում մարտկոցի գերլիցքավորման, գերլիցքաթափման կամ այլ ռիսկերը:

Սահմանեք հոսթի վարքագիծը ցածր էներգիայի նախազգուշացումների, կապի կորստի, անհավանական ցուցմունքների և պաշտպանիչ անջատման համար: Հաստատեք առաջադրանքը կատարելու կամ սարքի իրական պահանջներին համապատասխան անվտանգ անջատման համար անհրաժեշտ պահուստը:

Մաս 4. Հաստատեք ճշգրտությունը նախքան այն պնդելը

4.1 Օգտագործեք թեստային մատրից, որը համապատասխանում է ծրագրին

Օգտագործեք տրամաչափված հղման սարքավորումներ և փաստաթղթավորված հղման հզորության ընթացակարգ: Եթե օգտագործվում է տվյալների վրա հիմնված մոդել, առանձնացրեք ուսուցման և վավերացման տվյալները: Ներառեք անկախ բջիջներ կամ փաթեթներ՝ խուսափելու համար ալգորիթմը կարգավորելու համար օգտագործված տվյալների վրա միայն կատարողականի մասին հաղորդելուց:

4.2 Հաշվետվություն մետրիկայի և դրա սահմանների մասին

Նշեք, թե արդյոք ճշգրտության պնդումը նշանակում է առավելագույն բացարձակ սխալ՝ MAE, թե RMSE, և արդյոք սխալը արտահայտվում է SOC տոկոսային կետերով: Նշեք բջիջի մոդելը, նմուշները, ջերմաստիճանները, հոսանքները, ծերացման վիճակը, նախնականացումը և հղման մեթոդը:

Օրինակ, 2 տոկոսային կետի միջին սխալը չի ​​սահմանում 2 տոկոսային կետի վատագույն դեպքի սահման։ Մեկ լաբորատոր ուսումնասիրության արդյունքը չի երաշխավորում ճշգրտությունը առևտրային փաթեթի համար։ Գործողության ժամանակի սխալը և ցածր էներգիայի տագնապի վարքագիծը նույնպես պետք է գնահատվեն անմիջականորեն։

Մաս 5. Որտեղ է տեղավորվում ընդարձակման ուժի չափումը

5.1 Լրացուցիչ հետազոտական ​​ազդանշան

Բջիջի ընդարձակման կամ ուժի չափումները կարող են լրացուցիչ տեղեկություններ տրամադրել էլեկտրաքիմիական վիճակի հետ կապված: Այնուամենայնիվ, կապը կախված է բջջի ձևաչափից, մեխանիկական զսպումից, նախնական բեռնվածությունից, ջերմաստիճանից, ծերացումից և չափման դասավորությունից: Այն կարող է լինել ոչ մոնոտոն և պահանջում է բնութագրում:

Այս մոտեցումն ավելի լավ է ներկայացվի որպես լարման և հոսանքի չափումների համար պոտենցիալ լրացուցիչ մուտքային տվյալներ, քան որպես ունիվերսալ փոխարինող։ Սահմանափակ պրիզմայաձև բջիջների վրա ստացված արդյունքները չեն կարող ավտոմատ կերպով փոխանցվել գլանաձև կամ պարկ-բջիջների փաթեթների։

5.2 Պահանջվում են սարքավորումներ և վավերացում

Ուժի չափման համակարգ չունեցող փաթեթը կարիք ունի ոչ միայն ծրագրային ապահովման թարմացման. սենսոր, մեխանիկական ինտեգրացիա, ազդանշանի ստացում, կարգաբերում և գնահատում այն ​​մասին, թե ինչպես է չափման դասավորությունը ազդում բջջի վրա: Երկարաժամկետ շեղումը և արտադրության տատանումները նույնպես պահանջում են գնահատում:

Մեքենայական ուսուցման գնահատիչները և ադապտիվ ֆիլտրերը կարող են հետազոտվել, սակայն դրանց համակցությունը չպետք է պնդվի, որ հասնում է ֆիքսված ճշգրտության՝ առանց այդ կոնկրետ իրականացման ապացույցների: Պահեք փորձարարական մեթոդները վավերացված արտադրական հնարավորություններից առանձին:

Նոր նախագծի համար սկսեք բջջային տվյալների թերթիկից, սպասվող բեռնվածության պրոֆիլից, ջերմաստիճանի միջակայքից և պահանջվող աշխատանքային ժամանակահատվածի հաշվետվությունների ճշգրտությունից: Քննարկեք այս մուտքային տվյալները մինչև անհատական մարտկոցների խորհրդատվություն նախքան զգայուն սարքավորումները և չափման մոտեցումը ընտրելը։

ՀՏՀ

Կարո՞ղ է միայն լարումը ճշգրիտ LFP մարտկոցի տոկոս տալ։

Այն, որպես կանոն, թույլ ցուցանիշ է հարթ սարահարթի վրա, մասնավորապես՝ բեռի տակ։ Հոսանքի չափումը համատեղեք բնութագրված մոդելի և որակավորված հղման պայմանների հետ։

Կուլոնյան հաշվարկն ինքնին բավարա՞ր է։

Այն ապահովում է օգտակար հետևողականություն, բայց կուտակում է չափման և նախնականացման սխալներ: Կայուն ճշգրտության համար անհրաժեշտ են հզորության կարգաբերում և համապատասխան ուղղման մեթոդներ:

Կարո՞ղ է որևէ BMS SOC սխալը հասնել 2%-ից ցածր։

Համընդհանուր երաշխիք չի կիրառվում: Նշեք սխալի չափանիշը և շահագործման շրջանակը, այնուհետև ցույց տվեք կատարողականությունը ներկայացուցչական փաթեթների և անկախ փորձարկման տվյալների վրա:

Արդյո՞ք SOC-ի ավելի լավ գնահատականը փոխարինում է գերլիցքավորումից պաշտպանությանը:

Ոչ: Պաշտպանիչ լարման, հոսանքի և ջերմաստիճանի սահմանաչափերը մնում են անհրաժեշտ նույնիսկ այն դեպքում, երբ SOC հաշվետվությունը ճշգրիտ է:

Կարո՞ղ եմ արդեն իսկ գոյություն ունեցող փաթեթը թարմացնել միայն ներկառուցված ծրագրի միջոցով։

Երբեմն առկա չափումները և պրոցեսորը աջակցում են բարելավված գնահատիչ: Նախ ստուգեք այդ հնարավորությունները: Ուժի զգայունակության ավելացումը պահանջում է ապարատային և մեխանիկական փոփոխություններ, ինչպես նաև ներկառուցված ծրագրային ապահովում:

Ինչո՞ւ կարող է SOC-ը ցատկել լիցքավորումից կամ վերագործարկումից հետո։

Չափիչը կարող է ուղղել իր նախորդ գնահատականը, հայտնաբերել հղման պայման կամ վերագործարկել այն պահված կամ չափված տվյալներից: Հետազոտեք կալիբրացումը, մոդելի համապատասխանեցումը, հոսանքի չափումը և վերագործարկման վարքագիծը՝ փոխարենը ենթադրելու, որ հարթ կորը միակ պատճառն է: