Co je monitorování napětí?
Minulý rok sáhl německý zákazník, protože tři vysokozdvižné vozíky v jejich skladu náhle odmítly fungovat. Ukázalo se, že baterie jsou v pořádku-BMS se při měření napětí odchýlil asi o 40 mV a rozhodl, že baterie jsou přebité. Všechno zamčené. Tři stroje mrtvé na celý den. Účtují tam po hodině.
Vlastně docela typický příběh. Monitorování napětí zní jako nejzákladnější věc, kterou BMS dělá. A přesto tato „základní funkce“ způsobuje více problémů v poli než téměř cokoli jiného.
Co vám říká napětí
Každý, kdo pracuje s bateriemi, ví, že napětí na svorkách je v podstatě-zrcadlem stavu článku v reálném čase. Na tom závisí odhad SOC. Závisí na tom ochrana proti přebití a přebití. Na tom závisí kontroly konzistence buněk. IEC 62619:2022 to říká bez obalu: napětí je kritičtější než proud nebo teplota a BMS musí přerušit nabíjení před nebo jakmile napětí článku dosáhne bezpečnostního stropu.
Proč tak definitivní? Protože se nejdříve mění napětí. Rostoucí vnitřní odpor, slábnutí kapacity, riziko lithiového pokovení-to se projeví v chování napětí týdny nebo měsíce před teplotními anomáliemi. V době, kdy dostanete tepelný alarm, už šly věci stranou.
Hybridní bateriový systém AHR10W od Toyoty nabízí užitečné referenční. 168 články na 1,2 V, sériově-zapojené celkem do 201,6V. ECU považuje každé dva moduly za jednu monitorovací jednotku, celkem sleduje 14 jednotek. Toto seskupení umožňuje systému určit, která jednotka obsahuje problémovou buňku. Stejná logika platí pro průmyslové balíčky,-nemůžete dát každé jednotlivé buňce vlastní komunikační kanál, ale potřebujete dostatečnou granularitu, abyste mohli sledovat problémy minimálně na úrovni modulu.
Čtyři metody detekce
Detekce napětí baterie se ustálila na čtyřech hlavních přístupech. Většina kupujících, kteří mluví s dodavatelem lithiových baterií, se na tento detail nezeptá, ale tento detail nastavuje spodní hranici spolehlivosti pro celý BMS.
Relé-a-kondenzátor
Prvním je vzorkování relé-a{1}}izolace kondenzátoru. Jednoduchý koncept: kondenzátor vzorkuje napětí z článku a poté změříte kondenzátor. Problémy jsou také zřejmé-pomalé vzorkování, špatná přesnost, opotřebení relé. Některé dřívější projekty skladování energie toho využívaly. Nyní většinou zastaralé.
Plovoucí-země
Druhým je detekce plovoucí-země. Okenní komparátor kontroluje, zda aktuální zemní potenciál funguje pro A/D konverzi; pokud ne, D/A jej upraví. Testy v laboratoři v pořádku. Rozpadne se na poli. Rušení motorového pohonu vysokozdvižných vozíků, AGV-je příliš silné. Pozemní potenciál nezůstane na místě.
Běžný-režim
Třetí je detekce běžného-režimu. Všechny články měřeny vůči jednomu referenčnímu bodu, přesné odporové děliče vše zmenšují a poté odečtete, abyste získali napětí jednotlivých článků. Jednoduchý obvod. Chyby rezistoru se ale hromadí. Funguje dobře pod 8S. Přes to je pochybnost. Tento problém se stohováním nelze plně vyřešit kalibrací,-je to zapečeno v přístupu.
Rozdílový-režim
Čtvrtá je detekce rozdílového-režimu. Operační-zesilovače odmítají napětí v běžném-režimu a přímo měří rozdíl mezi jednotlivými články. Přesnost poráží ostatní tři o solidní náskok. Kompromis-je složitost okruhu a cena. Sady nad 12S jsou obvykle rozděleny do více detekčních modulů, z nichž každý zpracovává segment a sděluje výsledky po sběrnici. Většina výrobců lithiových bateriových systémů provádějících průmyslovou práci se vydala tímto směrem.
Lapač svodového proudu
Tohle je snadné přehlédnout.
Obvody detekce napětí odebírají proud z článků. Drobná množství-mikroampérů až miliampérů-, ale nepřetržitě. A zde je háček: v sériovém balení přenášejí články blíže k zápornému pólu více svodového proudu. Vezměte si balení 16S. Článek 1 na kladném konci vidí pouze únik ze svého vlastního detekčního obvodu. Buňka 16 na záporném konci zaznamenává kumulativní únik ze všech 16 detekčních obvodů, plus regulátor BMS a cokoli jiného negativního odkazu na balení.
Během stovek cyklů se negativní-buňky vybíjejí hlouběji a rychleji stárnou. Posuny konzistence. To není problém s kvalitou buněk. Je to problém návrhu systému.
Existují opravy: zvýšení vstupní impedance detekčního obvodu pro omezení absolutního úniku; přidat přepínače pro odpojení vzorkovacích cest, když neměříte; nebo pouze specifikujte buňky s mírně vyšší kapacitou pro záporné{0}}koncové pozice a akceptujte asymetrii. Pokud velkoobchodní dodavatel baterií LiFePO4 nemůže odpovědět na tyto otázky, jejich balení pravděpodobně vyvine zrychlenou nerovnováhu v oboru. Dobrá otázka ohledně filtru, když prověřujete prodejce.
Přesnost a proč na ní záleží víc než na doporučeních
IEC 62619 říká, že napěťová ochrana musí působit dříve, než napětí článku dosáhne bezpečnostní prahové hodnoty. Zní to jako rezerva. V praxi toho moc není.
Vezměte LFP. Plné nabití kolem 3,65V. Nebezpečná zóna začíná kolem 3,70V. To je 50mV okno. Pokud je přesnost detekce ±30 mV-běžná u levných návrhů BMS-, nejistota měření sama o sobě spotřebuje více než polovinu vaší bezpečnostní rezervy. BMS ukazuje 3,65 V, skutečné napětí už může být 3,68 V. Interně běží ±5 mV. Potřebuje lepší ADC, přísnější napěťové reference, pečlivější rozložení PCB. Stojí více. Ale ve srovnání s tím, co se pokazí, když přesnost sklouzne, nestojí za řeč.
Měl případ: balení zákazníka běželo dva roky, přesnost detekce se posunula z ±8 mV při dodání na ±35 mV. Posun žádných chybových kódů-byl postupný. Jednoho dne během nabíjení článek skutečně dosáhl 3,72 V, zatímco systém si myslel, že je 3,65 V a pokračoval v chodu. Měl jsem štěstí, že to cela vydržela. Jinak je to zpráva o incidentu.
Tento druh progresivního selhání se dobře skrývá. Roční kontroly kalibrace jsou minimální.
Vyvážení, teplota a vše ostatní
Aktivní nebo pasivní, vyvažování funguje pouze tehdy, když víte, které buňky jsou vysoké a které nízké. Špatná detekce znamená slepé vyvážení. Pasivní vyvažování krvácí přes odpory. Typický vyrovnávací proud 50 mA trvá hodiny, než jeden článek stáhne 0,1 V. Pokud chyby měření napětí i občas změní směr, zhoršujete nerovnováhu při spalování energie. Při hodnocení dodavatele průmyslových lithiových baterií se zeptejte na strategii vyvážení a přesnost detekce společně. "Má aktivní vyvažování" neznamená nic, pokud jsou podkladová data nesmyslná.
Teplotní kompenzace je další věc, která se ve specifikacích objevuje jen zřídka. Stejný článek při 3,30 V čte jinak při 25 stupních oproti 0 stupním. Vnitřní odpor se posouvá, samotný měřicí obvod driftuje s teplotou. Bez kompenzace se odhady SOC sezónně liší. Nabíjení při nízké teplotě-je složitější-články při -5 stupních se nechovají jako články při pokojové teplotě. BMS, který pouze sleduje napětí bez vzájemného odkazování na teplotu, může umožnit nabíjení, když by nemělo, nebo blokovat nabíjení, když by mohlo. Na to se musíte zeptat přímo technického týmu dodavatele.
Jak vypadá selhání
Náhlá porucha
Problémy s monitorováním napětí se projevují několika způsoby. Nejviditelnější je náhlá chyba. Napětí jednoho článku ukazuje 0V nebo plné napětí baterie. Systém vyhodí kód a uzamkne se. Nepříjemné, ale systém alespoň ví, že se něco pokazilo.
Postupný drift
Horší je postupný posun. Naměřené hodnoty se pomalu rozcházejí s realitou. Žádné chybové kódy. Prahové hodnoty ochrany jsou účinně deaktivovány. Může běžet dva roky, než si toho někdo všimne,-obvykle proto, že se stalo něco špatného.
Přerušovaný kontakt
Pak jsou tu občasné problémy s kontaktem. Vibrace uvolňují konektory snímacího drátu. Údaje o napětí přicházejí a odcházejí. Někdy reprodukovatelné, někdy ne. Noční můra k řešení problémů.
Monitorování napětí jde hluboko, pokud chcete kopat, ale hlavní bod je jednoduchý: toto je datový základ pro všechno ostatní, co BMS dělá. Základ není pevný, nic postaveného na vrcholných věcech.
Když sháníte baterie, nedívejte se jen na kapacitu, životnost a cenu. Přesnost detekce BMS, architektura detekce, kalibrační protokoly-na těchto vnitřních součástech jsou stejně důležité. Otázky vítány. Za ta léta jsme šlápli na dost nášlapných min, abychom měli názory.
