Gerilim İzleme Nedir?
Geçen yıl bir Alman müşteri, deposundaki üç forkliftin aniden çalışmayı reddetmesi nedeniyle iletişime geçti. Pillerin iyi durumda olduğu ortaya çıktı-BMS, voltaj okumalarında yaklaşık 40 mV sapmış ve paketlerin aşırı şarj edildiğine karar vermişti. Her şeyi kilitledi. Bir gün boyunca üç makine çalışmadı. Orada saat başı fatura kesiyorlar.
Oldukça tipik bir hikaye aslında. Gerilim izleme, bir BMS'nin yaptığı en temel şey gibi görünüyor. Ve yine de bu "temel işlev" neredeyse her şeyden daha fazla saha sorununa neden oluyor.
Gerilim Size Ne Anlatıyor?
Pillerle çalışan herkes terminal voltajının temel olarak hücre durumunun gerçek-zamanlı bir yansıması olduğunu bilir. SOC tahmini buna bağlıdır. Aşırı şarj ve aşırı deşarj koruması buna bağlıdır. Hücre tutarlılık kontrolleri buna bağlıdır. IEC 62619:2022 bunu açıkça ifade ediyor: voltaj, akım veya sıcaklıktan daha kritiktir ve BMS, hücre voltajı güvenlik tavanına ulaşmadan önce veya olur olmaz şarjı kesmelidir.
Neden bu kadar kesin? Çünkü önce voltaj değişir. Artan iç direnç, kapasite kaybı, lityum kaplama riski-bunlar sıcaklık anormalliklerinden haftalar veya aylar önce voltaj davranışında kendini gösterir. Termal alarm aldığınızda işler çoktan ters gitti.
Toyota'nın AHR10W hibrit akü sistemi, her biri 1,2V'luk, seri-toplamda 201,6V'a bağlı kullanışlı bir referans. 168 hücresi sunar. ECU, her iki modülü bir izleme ünitesi olarak ele alır ve toplamda 14 üniteyi izler. Bu gruplama, sistemin hangi ünitenin sorunlu hücre içerdiğini belirlemesini sağlar. Aynı mantık endüstriyel paketler için de geçerlidir-her hücreye kendi iletişim kanalını veremezsiniz, ancak sorunları en azından modül düzeyine kadar takip etmek için yeterli ayrıntı düzeyine ihtiyacınız vardır.
Dört Tespit Yöntemi
Pil paketi voltaj tespiti dört ana yaklaşıma yerleşmiştir. Bir lityum pil paketi tedarikçisiyle konuşan alıcıların çoğu bu ayrıntıyı sormayacaktır, ancak bu ayrıntı tüm BMS'nin güvenilirlik zeminini belirler.
Röle-ve-Kapasitör
Birincisi, röle-ve-kapasitör izolasyon örneklemesidir. Basit kavram: kapasitör hücredeki voltajı örnekler, ardından kapasitörü ölçersiniz. Sorunlar çok açık:-çok yavaş örnekleme, zayıf doğruluk, röle aşınması. Bazı erken enerji depolama projeleri bunu kullandı. Artık çoğunlukla geçerliliğini yitirmiş durumda.
Yüzen-Yer
İkincisi, kayan-yer tespitidir. Bir pencere karşılaştırıcısı mevcut toprak potansiyelinin A/D dönüşümü için işe yarayıp yaramadığını kontrol eder; değilse D/A bunu ayarlar. Laboratuardaki testler gayet iyi. Sahada dağılıyor. Forkliftler, AGV'ler-motor tahrik paraziti çok ağır. Toprak potansiyeli yerinde kalmayacak.
Ortak-Mod
Üçüncüsü, ortak-mod algılamadır. Tüm hücreler tek bir referans noktasına göre ölçülür, hassas direnç bölücüler her şeyi küçültür, ardından bireysel hücre voltajlarını elde etmek için çıkarım yaparsınız. Basit devre. Ancak direnç hataları birikir. 8S altında sorunsuz çalışıyor. Bundan sonra doğruluk sorgulanabilir hale gelir. Bu istifleme sorunu kalibrasyonla tam olarak çözülemez-bu, yaklaşımın bir parçası haline gelmiştir.
Diferansiyel-Modu
Dördüncüsü diferansiyel-mod tespitidir. Op-amp'ler ortak-mod voltajını reddeder ve her hücredeki farkı doğrudan ölçer. Doğruluk diğer üçünü açık ara geride bırakıyor. Devrenin karmaşıklığı ve maliyeti-değişmezliktir. 12S'nin üzerindeki paketler genellikle birden fazla algılama modülüne bölünür; her biri bir segmenti yönetir ve sonuçları bir veri yolu üzerinden iletir. Endüstriyel işler yapan çoğu lityum pil sistemi üreticisi bu yöne yöneldi.
Kaçak Akım Tuzağı
Bunu gözden kaçırmak kolaydır.
Gerilim tespit devreleri hücrelerden akım çeker. Küçük miktarlar-mikroamperden miliampere-ancak süreklidir. İşin püf noktası şu: Bir seri pakette, negatif terminale daha yakın olan hücreler daha fazla kaçak akım taşır. 16S paketini alın. Pozitif uçtaki Hücre 1 yalnızca kendi algılama devresinden gelen sızıntıyı görür. Negatif uçtaki hücre 16, 16 algılama devresinin tamamından, artı BMS kontrolöründen ve negatif pakete referans veren diğer her şeyden gelen kümülatif sızıntıyı görüyor.
Yüzlerce döngü boyunca, negatif{0}}uç hücreler daha derine boşalır ve daha hızlı yaşlanır. Tutarlılık sürükleniyor. Bu hücre kalitesi sorunu değil. Bu bir sistem tasarımı problemidir.
Düzeltmeler mevcut: mutlak sızıntıyı kesmek için algılama devresi giriş empedansını yükseltin; ölçüm yapılmadığında örnekleme yollarının bağlantısını kesmek için anahtarlar ekleyin; veya negatif uç konumlar için biraz daha yüksek kapasiteli hücreler belirtin- ve asimetriyi kabul edin. Bir LiFePO4 pil toptancısı tedarikçisi bu konudaki sorulara yanıt veremezse, pilleri muhtemelen sahada hızlandırılmış bir dengesizlik geliştirecektir. Satıcıları incelerken iyi bir filtre sorusu.
Doğruluk ve Neden Teknik Özelliklerin Önerdiğinden Daha Önemlidir?
IEC 62619, voltaj korumasının hücre voltajı güvenlik eşiğine ulaşmadan önce veya ulaştığında harekete geçmesi gerektiğini söylüyor. Marj var gibi görünüyor. Pratikte pek bir şey yok.
LFP'yi alın. 3,65V civarında tam şarj. Tehlike bölgesi 3,70V civarında başlar. Bu 50mV'luk bir pencere. Algılama doğruluğu ±30 mV-ucuz BMS tasarımlarında yaygınsa-ölçüm belirsizliği tek başına güvenlik marjınızın yarısından fazlasını tüketir. BMS 3,65V gösteriyor, gerçek voltaj zaten 3,68V olabilir. Dahili olarak ±5mV çalıştırıyoruz. Daha iyi ADC'lere, daha sıkı voltaj referanslarına, daha dikkatli PCB düzenine ihtiyaç var. Daha pahalı. Ancak doğruluk kaybolduğunda neyin yanlış gittiğiyle karşılaştırıldığında, bahsetmeye değmez.
Bir vaka vardı: Müşterinin paketi iki yıl çalıştı, algılama doğruluğu teslimatta ±8mV'den ±35mV'ye kaydı. Hiçbir hata kodu-kayması kademeli değildi. Bir gün şarj sırasında bir hücre aslında 3,72V'a ulaştı, sistem ise bunun 3,65V olduğunu düşündü ve yola devam etti. Şans eseri o hücre dayandı. Aksi takdirde bu bir olay raporudur.
Bu tür ilerleyici başarısızlık iyi gizlenir. Yıllık kalibrasyon kontrolleri minimumdur.
Dengeleme, Sıcaklık ve Diğer Her Şey
Aktif veya pasif, dengeleme yalnızca hangi hücrelerin yüksek, hangilerinin düşük olduğunu biliyorsanız işe yarar. Kötü tespit, kör dengeleme anlamına gelir. Pasif dengeleme dirençler yoluyla akıyor. Tipik 50mA dengeleme akımının bir hücreyi 0,1V'a çekmesi saatler alır. Gerilim ölçüm hataları ara sıra da olsa yön değiştirirse, enerji yakarken dengesizliği daha da kötüleştirirsiniz. Endüstriyel lityum pil satıcısını değerlendirirken dengeleme stratejisi ve algılama doğruluğunu birlikte sorun. Temel veriler çöpse "Aktif dengeleme var" hiçbir şey ifade etmez.
Sıcaklık telafisi, teknik özellikler sayfalarında nadiren görünen başka bir şeydir. 3.30V'deki aynı hücre 25 derecede ve 0 derecede farklı okur. İç direnç değişir, ölçüm devresinin kendisi sıcaklıkla birlikte kayar. Tazminat olmadan SOC tahminleri mevsimsel olarak değişir. Düşük-sıcaklıkta şarj etme işlemi daha karmaşık hale gelir-5 derecedeki hücreler, -oda sıcaklığındaki hücreler gibi davranmaz. Sıcaklığı çapraz referanslamadan yalnızca voltajı izleyen BMS, olmaması gerektiği halde şarja izin verebilir veya mümkün olduğunda şarjı engelleyebilir. Bu konuyu doğrudan tedarikçinin teknik ekibine sormalısınız.
Başarısızlık Neye benziyor
Ani Arıza
Gerilim izleme sorunları birkaç şekilde ortaya çıkar. En belirgin olanı ani hatadır. Bir hücre voltajı 0V veya tam paket voltajını okur. Sistem bir kod atıyor ve kilitleniyor. Can sıkıcı ama en azından sistem bir şeylerin bozulduğunu biliyor.
Kademeli Sürüklenme
Daha da kötüsü kademeli sürüklenmedir. Ölçülen değerler yavaş yavaş gerçeklikten uzaklaşır. Arıza kodu yok. Koruma eşikleri etkin bir şekilde devre dışı bırakıldı. Kimse fark edene kadar iki yıl geçebilir-çünkü genellikle kötü bir şey olmuştur.
Aralıklı İletişim
Sonra aralıklı iletişim sorunları var. Titreşim algılama teli konnektörlerini gevşetir. Gerilim okumaları gelir ve gider. Bazen tekrarlanabilir, bazen değil. Sorun giderme kabusu.
Eğer kazmak istiyorsanız gerilim izleme derinlere iner, ancak temel nokta basittir: Bu, BMS'nin yaptığı diğer her şeyin veri temelidir. Temel sağlam değil, hiçbir şey en önemli konular üzerine inşa edilmemiş.
Pil paketi tedarik ederken yalnızca kapasiteye, çevrim ömrüne ve fiyata bakmayın. BMS algılama doğruluğu, algılama mimarisi, kalibrasyon protokolleri-bu dahili unsurlar da aynı derecede önemlidir. Sorular hoş geldiniz. Yıllar boyunca fikir sahibi olmaya yetecek kadar mayınlara bastık.
