Калібрування та точність розумних акумуляторів

Помилки покажчика рівня заряду

Під час проектування покажчика рівня палива інженери часто помиляються, припускаючи, що акумулятор завжди залишатиметься молодим. Як і у випадку з людьми, акумулятори старіють, і для підтримки точності необхідно враховувати зміну характеристик. Вишукані системи можуть створювати хибне відчуття безпеки, вважаючи, що відображені показники правильні. Для користувача мобільного телефону це лише незначний дискомфорт, але для медичних, військових пристроїв чи безпілотників така похибка може стати критичною.

Батарейні монітори

Відстежуй основні показники акумуляторів та будь у курсі стану твого акб

Батарейний монітор Victron BMV-700

Монітор підходить для AGM, GEL, а також літієвих батарей LiFePO4, і вимірює напругу, струм, спожиту ємність, час до розрядження, а також може опціонально відображати температуру батареї.

Купити

Батарейний монітор Victron SmartShunt 500A

Це інтелектуальний шунт з функціями повноцінного батарейного монітору, який підключається до вашого смартфона або GX-пристрою через вбудований Bluetooth або VE.Direct порт.

Купити

Батарейний монітор Victron SmartShunt 500A IP65

Вдосконалена версія популярного SmartShunt, розроблена для використання у вологих, пилових або морських умовах, з повним захистом корпусу за стандартом IP65

Купити

Подивитися більше

Хімічний та цифровий акумулятор

Хімічний акумулятор, що представляє собою фактичний накопичувач енергії, залишається головним, тоді як цифровий акумулятор забезпечує периферійну підтримку, спираючись на інформацію, отриману з циклів заряду та розряду. Але, як і у випадку з усіма тонкими машинами, точні налаштування починають змінюватися та потребують коригування. Те саме відбувається з акумулятором SMBus, який також потребує періодичного калібрування. В інструкції до Apple iPad зазначено: «Для належного звітування про SoC обов’язково виконуйте принаймні один повний цикл заряду/розряду на місяць».

На рисунку 1 показано цифровий акумулятор, який віддаляється від хімічного; калібрування виправляє похибку відстеження. Накопичена похибка пов'язана зі застосуванням, і дрейф на графіку підкреслюється для більшого ефекту.

Рисунок 1: Відстеження електрохімічної та цифрової батареї як функції часу.
З використанням та з часом електрохімічна та цифрова батареї розходяться; калібрування виправляє похибку.

Примітка: Накопичена похибка пов'язана із застосуванням; значення на графіку виділені.

Методи калібрування

Розумний акумулятор самокалібрується, використовуючи випадкові повні розряди, але в реальному житті це трапляється рідко. Більшість розрядів є періодичними та мають випадкову глибину. Крім того, сигнатури навантаження часто складаються з високочастотних імпульсів, які важко зафіксувати. Частково розряджений акумулятор може бути частково заряджений, а потім зберігатися в теплому приміщенні, що призводить до підвищеного саморозряду, який неможливо відстежити. Ці аномалії додають до похибки відображення, яка посилюється з використанням та часом.

BMS для літієвих АКБ

Захищає батареї від перезаряду, глибокого розряду, перегріву та надвисокого струму

Victron VE.Bus BMS V2 – система управління літієвими акумуляторами LiFePO4 Smart

Розумна система керування батареями LiFePO4 Smart від Victron

Купити

SmallBMS – BMS для LiFePO4 Smart акумуляторів Victron

 Компактна система керування батареями Victron Lithium Smart (LiFePO4), що забезпечує базовий захист акумуляторів від глибокого розряду, надмірного заряду та перегріву.

Купити

Smart BMS CL 12/100 – інтелектуальний захист LiFePO4 батарей у 12В системах від Victron Energy

Поєднує обмеження струму з генератора, Bluetooth-моніторинг, аварійні виходи та модульну взаємодію з іншими пристроями Victron – все в одному пристрої!

Купити

Подивитися більше

Для підтримки точності, розумний акумулятор слід періодично калібрувати, розряджаючи його в пристрої, доки не з'явиться напис «Низький заряд батареї», а потім виконувати перезарядку. Повний розряд встановлює прапорець розряду, а повний заряд — прапорець заряду. Між цими двома опорними точками утворюється лінійна лінія, яка дозволяє оцінити рівень заряду (SoC). З часом ця лінія знову розмивається, і акумулятор потребує повторного калібрування. На рисунку 2 показано прапорці повного розряду та повного заряду.

Рисунок 2: Прапорці повного розряду та повного заряду

Калібрування відбувається шляхом повного заряду, розряду та повного заряду. Це робиться в обладнанні або за допомогою аналізатора акумулятора в рамках технічного обслуговування акумулятора.

Аналізатори акумуляторів

Аналізатори акумуляторів слугують цінним інструментом для калібрування інтелектуального акумулятора. Аналізатор повністю заряджає акумулятор, а потім застосовує контрольований розряд, який забезпечує найважливіші показники ємності хімічного акумулятора. Це вимірювання розряду є точнішим показником, ніж те, що забезпечує кулонівський підрахунок, фіксуючи минулі події розряду цифрового акумулятора.

Частота калібрування

Як часто слід калібрувати акумулятор? Відповідь залежить від застосування. Для акумулятора, який постійно використовується, калібрування слід проводити раз на 3 місяці або після 40 часткових циклів. Якщо портативний пристрій періодично повністю розряджається самостійно, то додаткове калібрування не потрібне.

Що станеться, якщо акумулятор не калібрувати регулярно? Чи можна впевнено використовувати такий акумулятор? Більшість інтелектуальних зарядних пристроїв для акумуляторів підкоряються вимогам хімічного акумулятора, а не цифрового, і немає жодних проблем із безпекою. Акумулятор повинен працювати нормально, але цифрові показники можуть стати ненадійними.

Деякі розумні акумулятори мають функцію відстеження імпедансу. Це алгоритм самонавчання, який зменшує або усуває необхідність калібрування. Однак, якщо потрібне калібрування, для досягнення того ж результату, що й у стандартній системі, може знадобитися кілька циклів замість одного.

Максимальна похибка

Точність розбіжності між хімічним та цифровим акумулятором вимірюється показником максимальної похибки (Max Error). Max Error означає «максимальна похибка» та представлено у відсотках. Низький показник вказує на хорошу точність, а зі зменшенням точності з частковими циклами показник максимальної похибки постійно зростає. Цей наглядовий орган можна порівняти з лікарем, який вимірює стан здоров'я за допомогою числа.

Деякі виробники рекомендують калібрування при максимальній похибці 8 відсотків, показники вище 12 відсотків можуть спрацювати сигнал тривоги, а 16 відсотків можуть зробити акумулятор непридатним для експлуатації. Не існує єдиного стандарту, який би визначав, який рівень максимальної похибки потребує обслуговування або що вважається помилкою, кожен виробник акумуляторів дотримується власних рекомендацій.

Дані SMBus

Система SMBus надає величезну кількість інформації, яка включає дату виробництва акумулятора, модель акумулятора та серійний номер, ємність, температуру та приблизний час роботи, а також напругу аж до рівнів елементів. Інженеру приємно мати всі ці дані в таблиці, але дрібний шрифт може більше заплутати користувача, ніж допомогти. Зайнята медсестра в лікарні, поліцейський на чергуванні та солдат у бою мають лише одне питання: «Чи вистачить акумулятора на мою місію?» На рисунку 3 показано скріншот даних, що зберігаються в акумуляторі SMBus.

Рисунок 3: Універсальний скріншот акумулятора SMBus
Дані організовано в таблицях для полегшення аналізу, формат, який менш підходить для звичайного користувача акумулятора. Доступ здійснюється за допомогою програмного інструменту.

Особливий інтерес з точки зору стану акумулятора (SoH) представляє ємність повного заряду (FCC), кулонівське число, яке приховане в таблиці серед безлічі іншої інформації. FCC можна використовувати з достатньою точністю для оцінки SoH акумулятора без застосування повного циклу розряду для вимірювання ємності. Найкраща точність досягається, якщо акумулятор циклічно заряджається та заряджається, а також періодично глибоко розряджається. Якщо використовується епізодично, для підтримки точності час від часу знадобиться навмисне калібрування, що включає повний цикл розряду/заряду.