Какво е мониторинг на напрежението?
Миналата година германски клиент се свърза, защото три мотокара в техния склад внезапно отказаха да работят. Оказа се, че батериите са наред-BMS се е отклонил с около 40mV при показания на напрежението и е решил, че пакетите са презаредени. Заключих всичко. Три машини мъртви за цял ден. Там таксуват на час.
Доста типична история, всъщност. Мониторингът на напрежението звучи като най-основното нещо, което BMS прави. И все пак тази "основна функция" причинява повече проблеми на полето, отколкото почти всичко друго.
Какво ви казва напрежението
Всеки, който работи с батерии, знае, че напрежението на клемите е основно-огледало в реално време на състоянието на клетката. Оценката на SOC зависи от това. Защитата от презареждане и презареждане зависи от това. Проверките за консистенция на клетките зависят от това. IEC 62619:2022 го казва направо: напрежението е по-критично от тока или температурата и BMS трябва да спре зареждането преди или веднага щом напрежението на клетката достигне тавана на безопасността.
Защо толкова категорично? Защото първо се променя напрежението. Повишаване на вътрешното съпротивление, намаляване на капацитета, риск от литиево покритие-те се проявяват в поведението на напрежението седмици или месеци преди температурни аномалии. Докато получите термична аларма, нещата вече са тръгнали настрани.
Хибридната акумулаторна система AHR10W на Toyota предлага полезни референтни. 168 клетки при 1,2 V всяка, последователно-свързани към общо 201,6 V. ECU третира всеки два модула като една единица за наблюдение, като проследява общо 14 единици. Това групиране позволява на системата да определи коя единица съдържа проблемна клетка. Същата логика важи и за индустриалните пакети-не можете да дадете на всяка отделна клетка собствен комуникационен канал, но имате нужда от достатъчно детайлност, за да проследите проблемите обратно до ниво модул минимум.
Четири метода за откриване
Откриването на напрежението на батерийния пакет се установява в четири основни подхода. Повечето купувачи, които говорят с доставчик на литиева батерия, няма да попитат за тази подробност, но тази подробност определя прага на надеждност за цялата BMS.
Реле-и-кондензатор
Първо е вземане на проби от изолацията на релето-и-кондензатора. Проста концепция: кондензаторът взема проби от напрежението от клетката, след което измервате кондензатора. Проблемите са очевидни твърде-бавно вземане на проби, лоша точност, износване на релето. Някои ранни проекти за съхранение на енергия са използвали това. Вече предимно остарели.
Плаваща{0}}земя
Второто е откриването-на земята. Прозоречен компаратор проверява дали текущият земен потенциал работи за A/D преобразуване; ако не, D/A го коригира. Тестовете са добри в лабораторията. Разпада се в полето. Мотокари, AGV-смущения в задвижването на двигателя са твърде силни. Потенциалът на земята няма да остане неподвижен.
Общ-режим
Третото е откриването на общ{0}}режим. Всички клетки се измерват спрямо една референтна точка, прецизните резисторни разделители намаляват всичко, след което изваждате, за да получите напреженията на отделните клетки. Проста схема. Но грешките на резистора се трупат. Работи добре под 8S. След това точността става съмнителна. Този проблем с подреждането не може да бъде напълно коригиран с калибриране-той е заложен в подхода.
Диференциален-режим
Четвърто е откриването на диференциален-режим. Операционните-усилватели отхвърлят напрежението в общ-режим и измерват диференциала във всяка клетка директно. Точността бие останалите три със солидна разлика. Компромис-е сложността на веригата и цената. Пакетите над 12S обикновено се разделят на множество модули за откриване, всеки от които обработва сегмент, предавайки резултати по шина. Повечето производители на системи за литиеви батерии, извършващи промишлена работа, са се придвижили в тази посока.
Уловител на тока на утечка
Лесно е да пренебрегнете този.
Веригите за откриване на напрежение черпят ток от клетките. Малки количества-микроампера до милиампера-но непрекъснати. И тук е уловката: в сериен пакет клетките, които са по-близо до отрицателния извод, носят повече ток на утечка. Вземете пакет от 16S. Клетка 1 в положителния край вижда изтичане само от собствената си верига за откриване. Клетка 16 в отрицателния край вижда кумулативно изтичане от всички 16 вериги за откриване, плюс BMS контролера, плюс всякакъв друг референтен пакет отрицателен.
В продължение на стотици цикли клетките с отрицателен край-се разреждат по-дълбоко и остаряват по-бързо. Дрифтове на консистенцията. Това не е проблем с качеството на клетката. Това е проблем в дизайна на системата.
Съществуват корекции: повишаване на входния импеданс на веригата за откриване, за да се намали абсолютното изтичане; добавете превключватели за прекъсване на пътищата за вземане на проби, когато не измервате; или просто укажете клетки с малко по-голям капацитет за отрицателни-крайни позиции и приемете асиметрията. Ако доставчикът на едро на батерии LiFePO4 не може да отговори на въпроси за това, техните пакети вероятно ще развият ускорен дисбаланс в полето. Добър филтърен въпрос, когато проверявате доставчици.
Точността и защо е по-важна от това, което предполагат спецификациите
IEC 62619 казва, че защитата на напрежението трябва да действа преди или когато напрежението на клетката достигне прага на безопасност. Звучи сякаш има марж. На практика няма много.
Вземете LFP. Пълно зареждане около 3.65V. Опасната зона започва около 3,70V. Това е прозорец от 50mV. Ако точността на откриване е ±30 mV-обичайно в евтините BMS дизайни-несигурността на измерването сама по себе си изяжда повече от половината ви марж на безопасност. BMS показва 3,65 V, реалното напрежение може вече да е 3,68 V. Пускаме ±5mV вътрешно. Има нужда от по-добри ADC, по-строги референтни напрежения, по-внимателно оформление на печатни платки. Струва повече. Но в сравнение с това, което се обърка, когато точността се подхлъзне, не си струва да се споменава.
Имаше случай: пакетът на клиента работи две години, точността на откриване се промени от ±8mV при доставка до ±35mV. Без кодове за грешки-отместването беше постепенно. Един ден по време на зареждане една клетка действително достигна 3,72 V, докато системата помисли, че е 3,65 V и продължи. Имах късмет, че клетката издържа. В противен случай това е доклад за инцидент.
Този вид прогресивен провал се крие добре. Годишните проверки за калибриране са минимумът.
Балансиране, температура и всичко останало
Активно или пасивно, балансирането работи само ако знаете кои клетки са високи и кои са ниски. Лошото откриване означава сляпо балансиране. Пасивното балансиране преминава през резистори. Типичният балансиращ ток от 50 mA отнема часове, за да намали една клетка с 0,1 V. Ако грешките в измерването на напрежението променят посоката дори от време на време, вие влошавате дисбаланса, докато изгаряте енергия. Когато оценявате доставчик на индустриални литиеви батерии, попитайте за стратегията за балансиране и точността на откриване заедно. „Има активно балансиране“ не означава нищо, ако основните данни са боклук.
Температурната компенсация е друго нещо, което рядко се появява в спецификациите. Същата клетка при 3,30 V отчита различно при 25 градуса спрямо 0 градуса. Вътрешното съпротивление се променя, самата измервателна верига се променя с температурата. Без компенсация оценките на SOC варират според сезона. Зареждането при ниска{7}}температура става по-трудно-клетките при -5 градуса не се държат като клетки при стайна температура. BMS, който следи само напрежението, без да препраща температурата, може да позволи зареждане, когато не трябва, или да блокира зареждането, когато може. Трябва да попитате техническия екип на доставчика директно за тези неща.
Как изглежда провалът
Внезапна грешка
Проблемите с наблюдението на напрежението се проявяват по няколко начина. Най-очевидната е внезапната грешка. Напрежението на една клетка отчита 0 V или напрежение на целия пакет. Системата хвърля код и се заключва. Досадно, но поне системата знае, че нещо се е счупило.
Постепенен дрейф
По-лошото е постепенното отклонение. Измерените стойности бавно се разминават с реалността. Няма кодове за грешки. Защитните прагове ефективно са деактивирани. Може да минат две години, преди някой да забележи-обикновено защото се е случило нещо лошо.
Прекъснат контакт
След това има периодични проблеми с контакта. Вибрацията разхлабва съединителите на сензорния проводник. Отчитанията на напрежението идват и си отиват. Понякога възпроизводими, понякога не. Кошмар за отстраняване на неизправности.
Мониторингът на напрежението е дълбок, ако искате да копаете, но основната точка е проста: това е основата на данните за всичко останало, което прави BMS. Основата не е солидна, нищо изградено върху върха няма значение.
Когато се снабдявате с батерии, не гледайте само капацитета, цикъла на живот, цената. Точност на откриване на BMS, архитектура на откриване, протоколи за калибриране-тези вътрешни елементи имат също толкова голямо значение. Въпроси са добре дошли. През годините сме стъпили на достатъчно противопехотни мини, за да имаме мнение.
