Chì ghjè u monitoraghju di tensione?
L'annu passatu, un cliente tedescu hà righjuntu perchè trè carrelli elevatori in u so magazzinu si rifiutanu di colpu di travaglià. Risultò chì e batterie eranu bè-u BMS avia derivatu circa 40mV nantu à e letture di tensione è decisu chì i pacchetti sò stati sovraccaricati. Chjosu tuttu. Trè machini morti per un ghjornu sanu. Facturanu à l'ora quì.
Una storia abbastanza tipica, in verità. U monitoraghju di tensione sona cum'è a cosa più basica chì faci un BMS. Eppuru sta "funzione basica" causa più prublemi di campu chè quasi ogni altra cosa.
Ciò chì a tensione ti dice
Qualchissia chì travaglia cù batterie sapi chì a tensione di terminale hè in fondu un veru specchiu -tempu di u statu di a cellula. L'estimazione SOC dipende da questu. A prutezzione di overcharge è overdischarge dipende da questu. I cuntrolli di a cunsistenza cellulare dependenu di questu. IEC 62619: 2022 mette in contu: a tensione hè più critica di l'attuale o di a temperatura, è u BMS deve tagliate a carica prima o appena a tensione di a cellula tocca u tettu di sicurezza.
Perchè cusì definitivu? Perchè a tensione cambia prima. L'aumentu di a resistenza interna, a fade di capacità, u risicu di placcatura di litiu-questi si manifestanu in u cumpurtamentu di tensione settimane o mesi prima di anomalie di temperatura. À u mumentu chì avete una alarme termale, e cose sò digià andate di latu.
U sistema di batteria hibrida AHR10W di Toyota offre un utile di riferenza. 168 celle à 1.2V ognunu, serie-cunnessa à 201.6V totale. L'ECU tratta ogni dui moduli cum'è una unità di monitoraghju, seguitendu 14 unità totali. Stu raggruppamentu permette à u sistema di indicà quale unità cuntene una cellula problematica. A listessa logica si applica à i pacchetti industriali-ùn pudete micca dà à ogni cellula u so propiu canali di cumunicazione, ma avete bisognu di abbastanza granularità per rintracciate i prublemi à u livellu di u modulu à u minimu.
Quattru metudi di rilevazione
A rilevazione di a tensione di u pacchettu di batterie hè stata stabilita in quattru approcci principali. A maiò parte di i cumpratori chì parlanu cù un fornitore di batterie di lithium ùn dumandanu micca di stu dettagliu, ma questu dettagliu stabilisce u pianu di affidabilità per tuttu u BMS.
Relay-è-Condensatore
Prima hè u campionamentu di l'isolamentu di u relé-è-condensatore. Cuncepimentu simplice: u condensatore mostra a tensione da a cellula, poi misurà u condensatore. I prublemi sò ancu evidenti-sampling lentu, poca precisione, usu di relè. Alcuni primi prughjetti di almacenamentu di energia anu utilizatu questu. Soprattuttu obsoleti avà.
Floating-Terra
Siconda hè a rilevazione di terra flottante-. Un comparatore di finestra verifica se u potenziale attuale di a terra funziona per a cunversione A / D; se no, D/A l'aghjusta. Teste bè in u laboratoriu. Casca in u campu. Carrelli elevatori, AGV-l'interferenza di l'accionamentu di u mutore hè troppu pesante. U potenziale di a terra ùn resta micca postu.
Modu-Cumu
U terzu hè cumuni -deteczione di modu. Tutte e cellule misurate contr'à un puntu di riferimentu, i divisori di resistenza di precisione scalanu tuttu, poi si sottrae per ottene tensioni di cellule individuali. Circuitu simplice. Ma l'errori di resistenza s'accumulanu. Funziona bè sottu 8S. Dopu questu, a precisione diventa dubbiosa. Stu prublema di stacking ùn pò micca esse risoltu cumplettamente cù a calibrazione-hè sbulicatu in l'approcciu.
Modu-Differenziale
U quartu hè a deteczione di modu-differenziale. Op-amps rifiutanu a tensione di modu cumuni-è misuranu u differenziale in ogni cellula direttamente. A precisione batte l'altri trè per un marghjenu solidu. U cummerciu -off hè a cumplessità di u circuitu è u costu. I pacchetti più di 12S sò generalmente divisi in più moduli di rilevazione, ognuna trattandu un segmentu, cumunicà risultati nantu à un autobus. A maiò parte di i fabricatori di sistemi di batterie di lithium chì facenu u travagliu industriale anu spusatu in questa direzzione.
A trappula di a corrente di fuga
Facile da trascuratà questu.
I circuiti di rilevazione di tensione tiranu corrente da e cellule. Piccole quantità da -microamp a milliamps-ma continuu. È quì hè a cattura: in un pacchettu di serie, e cellule più vicinu à u terminal negativu portanu più corrente di fuga. Pigliate un pacchettu 16S. A cellula 1 à l'estremità pusitiva vede solu fuga da u so propiu circuitu di rilevazione. A cellula 16 à l'estremità negativa vede una fuga cumulativa da tutti i 16 circuiti di rilevazione, più u controller BMS, più qualsiasi altra riferimentu pacchettu negativu.
Più di centinaie di cicli, e cellule finali negative-scaricanu più profonde è invechjenu più rapidamente. A cuerenza si stende. Questu ùn hè micca un prublema di qualità cellulare. Hè un prublema di cuncepimentu di u sistema.
Fixes esistenu: aumenta l'impedenza di l'ingressu di u circuitu di rilevazione per tagliate a fuga assoluta; aghjunghje interruttori per disconnect i percorsi di campionamentu quandu ùn sò micca misurati; o solu specificate cellule di capacità ligeramente più altu per pusizioni finali negative-è accettate l'asimmetria. Se un fornitore all'ingrosso di batterie LiFePO4 ùn pò micca risponde à e dumande nantu à questu, i so pacchetti prubabilmente sviluppanu un sbilanciamentu acceleratu in u campu. Una bona dumanda di filtru quandu si verificate i venditori.
Accuratezza è perchè hè impurtante di più chè i specs suggerenu
IEC 62619 dice chì a prutezzione di tensione deve agisce prima o cum'è a tensione di a cellula righjunghji u sogliu di sicurità. Sembra chì ci hè un margine. In pratica, ùn ci hè micca assai.
Pigliate LFP. Carica cumpleta circa 3.65V. A zona di periculu principia intornu à 3.70V. Hè una finestra di 50 mV. Se a precisione di rilevazione hè ± 30 mV-cumune in i disinni BMS economici-l'incertezza di misurazione sola manghja più di a mità di u vostru marghjenu di salvezza. BMS mostra 3.65V, a tensione reale puderia esse digià 3.68V. Emu ± 5mV internamente. Hè bisognu di megliu ADC, riferimenti di tensione più stretti, layout di PCB più attentu. Custa più. Ma paragunatu à ciò chì va male quandu a precisione slips, ùn vale a pena menzionatu.
Avia un casu: u pacchettu di u cliente hà duvutu dui anni, a precisione di rilevazione hè andata da ± 8 mV à a consegna à ± 35 mV. Nisun codici di difettu-la deriva era graduale. Un ghjornu durante a carica, una cellula hà veramente battutu 3.72V mentre u sistema pensava chì era 3.65V è continuò. Hè furtunatu chì a cellula hà tenutu. Altrimenti, hè un rapportu di incidente.
Stu tipu di fallimentu progressivu si nasconde bè. I cuntrolli di calibrazione annuali sò u minimu.
Balancing, Temperature, è tuttu u restu
Attivi o passivi, l'equilibriu funziona solu se sapete chì cellule sò alte è quali sò bassu. Una mala deteczione significa un equilibriu cecu. L'equilibriu passiu sanguina attraversu resistenze. A corrente di equilibriu tipica di 50mA richiede ore per tirare una cellula da 0,1 V. Se l'errori di misurazione di a tensione cambianu a direzzione ancu in ocasioni, peghju u sbilanciamentu mentre brusgiate l'energia. Quandu valutate un venditore di batterie di lithium industriale, dumandate nantu à a strategia di equilibriu è a precisione di rilevazione inseme. "Ha un equilibriu attivu" ùn significa nunda se i dati sottostanti sò basura.
A compensazione di a temperatura hè una altra cosa chì raramente si mostra in i spec sheets. A listessa cellula à 3.30V leghje diversamente à 25 gradi versus 0 gradi. A resistenza interna cambia, u circuitu di misurazione stessu si deriva cù a temperatura. Senza compensazione, l'estimazioni di SOC varianu di stagione. A carica à bassa -temperatura diventa più complicata-cellule à -5 gradi ùn si cumportanu micca cum'è cellule à a temperatura di l'ambienti. BMS chì guarda solu a tensione senza temperatura di riferimentu incruciatu puderia permette a carica quandu ùn deve micca, o bluccà a carica quandu puderia. Avete da dumandà à a squadra tecnica di u fornitore direttamente nantu à sta roba.
Chì s'assumiglia à u fallimentu
Culpa brusca
I prublemi di surviglianza di tensione si prisentanu in parechje manere. A più evidenti hè una colpa brusca. A tensione di una cellula leghje 0V o tensione di pacchettu pienu. U sistema tira un codice è si chjude. Annoying, ma almenu u sistema sà chì qualcosa hà rottu.
Deriva graduale
U peghju hè a deriva graduale. I valori misurati divergenu lentamente da a realità. Nisun codici di difettu. Soglie di prutezzione effettivamente disattivate. Puderia correre dui anni prima chì qualcunu s'avvisa-di solitu perchè qualcosa di male hè accadutu.
Cuntattu intermittenti
Allora ci sò prublemi di cuntattu intermittenti. A vibrazione scioglie i connettori di filu sensu. Letture di tensione venenu è vanu. A volte riproducibile, à volte micca. Nightmare per risolve i prublemi.
A surviglianza di u voltage hè prufonda se vulete scavà, ma u puntu core hè simplice: questu hè u fundamentu di dati per tuttu ciò chì u BMS faci. A fundazione ùn hè micca solida, nunda di custruita nantu à e materie prime.
Quandu avete acquistatu pacchetti di batterie, ùn fighjate micca solu a capacità, a vita di u ciclu, u prezzu. A precisione di rilevazione BMS, l'architettura di rilevazione, i protokolli di calibrazione-questi interni importanu altrettanto. E dumande benvenute. Avemu pisatu abbastanza mine terrestre annantu à l'anni per avè opinioni.
