Vad räknar Coulomb?

Jag har blivit tillfrågad om SOC-uppskattning fler gånger än jag kan räkna. Frågan kommer vanligtvis när någons pack visar 30 % på mätaren men stängs av två minuter senare. Nio gånger av tio spårar grundorsaken tillbaka till att Coulomb räknade fel.

Konceptet

Coulomb-räknande spår laddas in och laddas ut. Ganska enkelt på pappret. Du integrerar ström över tiden, håller en löpande räkning, och den räkningen talar om för dig hur mycket juice som finns kvar i cellen.

BMS samplar ström-vanligtvis någonstans mellan 10 Hz och 100 Hz beroende på applikation-och varje sampel multipliceras med tidsintervallet. Lägg till dem. Subtrahera från din startkapacitet. Där är ditt SOC-nummer.

Där det blir fult

Här är vad läroböckerna inte betonar tillräckligt. Den strömsensorn du litar på har kompenserat driften. Den har förstärkningsfel. Den har temperaturkoefficient. En typisk bilshunt kan specificera ±0,5 %, men det är under idealiska förhållanden vid 25 grader. Stick den under en huva i Phoenix i juli, och du tittar på olika siffror.

Jag arbetade med ett 48V mildhybridprogram redan 2019. Vi hade en Vishay-shunt klassad till 100 μΩ. Vackert spec-blad. I labbet spårades allt perfekt. Placera den i ett fordon som bromsar regenerativt i stopp-och-trafik, och efter sex timmar hade SOC sjunkit med 8 %. Shuntens termiska massa kunde inte hålla jämna steg med strömtransienterna. Det slutade med att vi lade till en dedikerad temperatursensor på själva shunten och körde en kompensationsalgoritm i BMS-firmwaren.

Lågströmsproblemet

Den här biter folk hela tiden. Din Hall-effektsensor eller din shunt har ett brusgolv. Under kanske 500 mA på ett typiskt EV-paket faller signal-till-brusförhållandet isär. Men cellen är fortfarande självurladdning-. BMS drar fortfarande viloström. Kontaktorerna har läckage.

Under en två{0}}veckors parkeringsperiod blir dessa små strömmar sammanlagda. Jag har sett förpackningar förlora 3-4 % SOC som Coulomb-räknaren aldrig registrerade. Ägaren kommer tillbaka från semestern, mätaren visar 85%, men den faktiska kapaciteten är närmare 81%. Gör det några gånger, och dina omkalibreringsfönster hinner inte med.

Vissa team kör en parallell-självurladdningsmodell. Andra tvingar bara fram en OCV-omkalibrering efter en viloperiod på över 4 timmar. Det finns inget perfekt svar. ISO 26262-folket kommer att fråga dig hur du hanterar detta i din FMEA, och det är bättre att du har en dokumenterad strategi.

Kapacitet Fade

Cellen du karakteriserade under utvecklingen är inte den cell du har efter 500 cykler. Den nominella kapaciteten sjunker. Det inre motståndet går upp. Men Coulomb-disken vet inte det om du inte berättar det.

TI:s mätare IC:er-BQ34-serien, till exempel-kör intern impedansspårning och justerar hela laddningskapaciteten över tid. Det är ett modell-baserat tillvägagångssätt som ligger ovanpå grundläggande Coulomb-räkning. Maxim 17205 gör något liknande. För anpassade BMS-designer bygger du detta själv, och det kräver validerade åldringsdata från din specifika cellkemi.

NCM-celler beter sig annorlunda än LFP här. LFP har den där platta spänningsplatån som gör OCV-baserade korrigeringar nästan värdelösa i intervallet 20-80 % SOC. Du har fastnat i att lita på att Coulomb räknar tyngre, vilket betyder att din nuvarande avkänningsnoggrannhet spelar ännu större roll.

Praktisk omkalibrering

Full laddning är din vän. När spänningen når termineringströskeln och strömmen minskar under C/20 eller vad din cutoff nu är, återställer du till 100%. Enkel. Pålitlig. Fungerar varje gång förutsatt att din laddare och BMS kommer överens om vad "full" betyder.

Slutet på urladdningen är svårare. Spänningsknäet är brant, temperaturberoende- och påverkas av den senaste belastningshistoriken. De flesta system kalibrerar inte om när de är tomma. De använder bara full laddning som ankarpunkt och litar på räkningen däremellan.

Vissa stationära lagringsinstallationer kör periodiska kapacitetstester. En gång i månaden gör systemet en kontrollerad full urladdning och uppladdning. Det ger dig grundsanning. Bilparksoperatörer med elbilar gör ibland detta också. Det är operativt irriterande men löser driftproblemet.

Vad jag säger till nya ingenjörer

Coulombräkning är ingen sofistikerad algoritm. Det är addition och subtraktion med många felkällor. Det sofistikerade ligger i att förstå var felen kommer ifrån och att ha strategier för att begränsa dem.

Få ditt nuvarande sensorval rätt. Förstå temperaturbeteendet. Planera din omkalibreringsstrategi innan du skriver en enda rad kod. Testa med riktiga celler vid verkliga temperaturer under realistiska lastprofiler. Bänkinställningen med en strömförsörjning och en elektronisk last kommer inte att visa dig de problem du kommer att se i fält.