Калибровка и точность умных аккумуляторов

Ошибки указателя уровня заряда

При проектировании указателя уровня топлива инженеры часто ошибаются, предполагая, что аккумулятор всегда будет оставаться молодым. Как и в случае с людьми, аккумуляторы стареют, и для поддержания точности необходимо учитывать изменение характеристик. Изысканные системы могут создавать ложное чувство безопасности, полагая, что отображаемые показатели верны. Для пользователя мобильного телефона это лишь незначительный дискомфорт, но для медицинских, военных устройств или беспилотников такая погрешность может стать критической.

Батарейные мониторы

Отслеживай основные показатели аккумуляторов и будь в курсе состояния твоего АКБ

Батарейный монитор Victron BMV-700

Монитор подходит для AGM, GEL, а также литиевых батарей LiFePO4, и измеряет напряжение, ток, потреблённую ёмкость, время до разряда, а также может опционально отображать температуру батареи.

Купить

Батарейный монитор Victron SmartShunt 500A

Это интеллектуальный шунт с функциями полноценного батарейного монитора, который подключается к вашему смартфону или GX-устройству через встроенный Bluetooth или VE.Direct порт.

Купить

Батарейный монитор Victron SmartShunt 500A IP65

Улучшенная версия популярного SmartShunt, разработанная для использования во влажных, пыльных или морских условиях, с полной защитой корпуса по стандарту IP65.

Купить

Посмотреть больше

Химический и цифровой аккумулятор

Химический аккумулятор, представляющий собой фактический накопитель энергии, остается главным, в то время как цифровой аккумулятор обеспечивает периферийную поддержку, опираясь на информацию, полученную из циклов заряда и разряда. Но, как и в случае со всеми точными механизмами, точные настройки начинают меняться и требуют корректировки. То же самое происходит с аккумулятором SMBus, который также нуждается в периодической калибровке. В инструкции к Apple iPad указано: «Для надлежащей отчетности о SoC обязательно выполняйте по крайней мере один полный цикл заряда/разряда в месяц».

На рисунке 1 показан цифровой аккумулятор, который отдаляется от химического; калибровка исправляет ошибку отслеживания. Накопленная погрешность связана с применением, и дрейф на графике подчеркивается для большего эффекта.

Рисунок 1: Отслеживание электрохимической и цифровой батареи как функции времени.
С использованием и со временем электрохимическая и цифровая батареи расходятся; калибровка исправляет погрешность.

Примечание: Накопленная погрешность связана с применением; значения на графике выделены.

Методы калибровки

Умный аккумулятор самокалибруется, используя случайные полные разряды, но в реальной жизни это случается редко. Большинство разрядов являются периодическими и имеют случайную глубину. Кроме того, сигнатуры нагрузки часто состоят из высокочастотных импульсов, которые трудно зафиксировать. Частично разряженный аккумулятор может быть частично заряжен, а затем храниться в теплом помещении, что приводит к повышенному саморазряду, который невозможно отследить. Эти аномалии добавляют погрешности отображения, которая усугубляется с использованием и временем.

BMS для литиевых АКБ

Защищает батареи от перезаряда, глубокого разряда, перегрева и сверхвысокого тока

Victron VE.Bus BMS V2 – система управления литиевыми аккумуляторами LiFePO4 Smart

Умная система управления батареями LiFePO4 Smart от Victron

Купить

SmallBMS – BMS для LiFePO4 Smart аккумуляторов Victron

 Компактная система управления батареями Victron Lithium Smart (LiFePO4), обеспечивающая базовую защиту аккумуляторов от глубокого разряда, чрезмерного заряда и перегрева.

Купить

Smart BMS CL 12/100 – интеллектуальная защита LiFePO4 батарей в 12В системах от Victron Energy

Совмещает ограничение тока от генератора, Bluetooth-мониторинг, аварийные выходы и модульное взаимодействие с другими устройствами Victron – всё в одном устройстве!

Купить

Посмотреть больше

Для поддержания точности, умный аккумулятор следует периодически калибровать, разряжая его в устройстве, пока не появится надпись «Низкий заряд батареи», а затем выполнять перезарядку. Полный разряд устанавливает флажок разряда, а полный заряд — флажок заряда. Между этими двумя опорными точками образуется линейная линия, которая позволяет оценить уровень заряда (SoC). Со временем эта линия снова размывается, и аккумулятор требует повторной калибровки. На рисунке 2 показаны флажки полного разряда и полного заряда.

Рисунок 2: Флажки полного разряда и полного заряда

Калибровка происходит путем полного заряда, разряда и повторного полного заряда. Это делается в оборудовании или с помощью анализатора аккумулятора в рамках технического обслуживания.

Анализаторы аккумуляторов

Анализаторы аккумуляторов служат ценным инструментом для калибровки интеллектуального аккумулятора. Анализатор полностью заряжает аккумулятор, а затем применяет контролируемый разряд, который обеспечивает важнейшие показатели емкости химического аккумулятора. Это измерение разряда является более точным показателем, чем тот, что обеспечивает кулоновский подсчет, фиксируя прошлые события разряда цифрового аккумулятора.

Частота калибровки

Как часто следует калибровать аккумулятор? Ответ зависит от применения. Для аккумулятора, который постоянно используется, калибровку следует проводить раз в 3 месяца или после 40 частичных циклов. Если портативное устройство периодически полностью разряжается самостоятельно, то дополнительная калибровка не требуется.

Что произойдет, если аккумулятор не калибровать регулярно? Можно ли уверенно использовать такой аккумулятор? Большинство интеллектуальных зарядных устройств для аккумуляторов подчиняются требованиям химического аккумулятора, а не цифрового, и нет никаких проблем с безопасностью. Аккумулятор должен работать нормально, но цифровые показатели могут стать ненадежными.

Некоторые умные аккумуляторы имеют функцию отслеживания импеданса. Это алгоритм самообучения, который уменьшает или устраняет необходимость калибровки. Однако, если калибровка все же требуется, для достижения того же результата, что и в стандартной системе, может понадобиться несколько циклов вместо одного.

Максимальная погрешность

Точность расхождения между химическим и цифровым аккумулятором измеряется показателем максимальной погрешности (Max Error). Max Error означает «максимальная погрешность» и представлен в процентах. Низкий показатель указывает на хорошую точность, а с уменьшением точности при частичных циклах показатель максимальной погрешности постоянно растет. Этот контролирующий параметр можно сравнить с врачом, который измеряет состояние здоровья с помощью числа.

Некоторые производители рекомендуют калибровку при максимальной погрешности в 8 процентов, показатели выше 12 процентов могут вызвать сигнал тревоги, а 16 процентов могут сделать аккумулятор непригодным для эксплуатации. Не существует единого стандарта, который бы определял, какой уровень максимальной погрешности требует обслуживания или что считается ошибкой, каждый производитель аккумуляторов придерживается собственных рекомендаций.

Данные SMBus

Система SMBus предоставляет огромное количество информации, которая включает дату производства аккумулятора, модель и серийный номер, емкость, температуру и приблизительное время работы, а также напряжение вплоть до уровня отдельных элементов. Инженеру приятно иметь все эти данные в таблице, но мелкий шрифт может больше запутать пользователя, чем помочь. Занятую медсестру в больнице, полицейского на дежурстве и солдата в бою интересует только один вопрос: «Хватит ли аккумулятора на мою миссию?» На рисунке 3 показан скриншот данных, хранящихся в аккумуляторе SMBus.

Рисунок 3: Универсальный скриншот аккумулятора SMBus
Данные организованы в таблицах для облегчения анализа, формат, который менее подходит для обычного пользователя аккумулятора. Доступ осуществляется с помощью программного инструмента.

Особый интерес с точки зрения состояния аккумулятора (SoH) представляет емкость полного заряда (FCC), кулоновское число, которое скрыто в таблице среди множества другой информации. FCC можно использовать с достаточной точностью для оценки SoH аккумулятора без применения полного цикла разряда для измерения емкости. Наилучшая точность достигается, если аккумулятор циклически заряжается и разряжается, а также периодически глубоко разряжается. Если он используется эпизодически, для поддержания точности время от времени потребуется преднамеренная калибровка, включающая полный цикл разряда/заряда.