¿Qué es el conteo de Coulomb?
Me han preguntado sobre la estimación del SOC más veces de las que puedo contar. La pregunta suele surgir cuando la mochila de alguien muestra un 30% en el indicador pero se apaga dos minutos después. Nueve de cada diez veces, la causa raíz se remonta a que el conteo de Coulomb salió mal.
El concepto
Las pistas de conteo de Coulomb entran y salen. Bastante simple sobre el papel. Integra la corriente a lo largo del tiempo, mantiene un recuento actualizado y ese recuento le indica cuánto jugo queda en la celda.
El BMS muestra la corriente-generalmente entre 10 Hz y 100 Hz dependiendo de la aplicación-y cada muestra se multiplica por el intervalo de tiempo. Súmelos. Resta de tu capacidad inicial. Ahí está tu número de SOC.
Donde se pone feo
Esto es lo que los libros de texto no enfatizan lo suficiente. Ese sensor actual en el que confías tiene una desviación compensada. Tiene error de ganancia. Tiene coeficiente de temperatura. Una derivación automotriz típica puede tener una especificación de ±0,5%, pero eso es en condiciones ideales a 25 grados. Mételo debajo del capó en Phoenix en julio y verás números diferentes.
Trabajé en un programa híbrido suave de 48 V en 2019. Teníamos una derivación Vishay de 100 μΩ. Hermosa hoja de especificaciones. En el laboratorio, todo siguió perfectamente. Colóquelo en un vehículo que realiza frenado regenerativo en el tráfico de paradas-y-arranque, y después de seis horas el SOC había disminuido un 8 %. La masa térmica de la derivación no pudo seguir el ritmo de los transitorios actuales. Terminamos agregando un sensor de temperatura dedicado en la derivación y ejecutando un algoritmo de compensación en el firmware BMS.
El problema de la baja corriente
Este muerde a la gente todo el tiempo. Su sensor de efecto Hall o su derivación tienen un nivel de ruido. Por debajo de quizás 500 mA en un paquete de vehículos eléctricos típico, la relación señal-a-ruido se desmorona. Pero la celda todavía se autodescarga. El BMS sigue consumiendo corriente de reposo. Los contactores tienen fugas.
Durante un período de estacionamiento de dos-semanas, estas pequeñas corrientes se acumulan. He visto paquetes perder entre un 3% y un 4% de SOC que el contador de Coulomb nunca registró. El propietario regresa de vacaciones, el indicador marca el 85%, pero la capacidad real está más cerca del 81%. Haga esto varias veces y sus ventanas de recalibración no podrán ponerse al día.
Algunos equipos ejecutan un modelo de autodescarga-en paralelo. Otros simplemente fuerzan una recalibración del OCV después de cualquier período de descanso de más de 4 horas. No hay una respuesta perfecta. La gente de ISO 26262 le preguntará cómo maneja esto en su AMEF y será mejor que tenga una estrategia documentada.
Desvanecimiento de capacidad
La célula que caracterizaste durante el desarrollo no es la célula que tienes después de 500 ciclos. La capacidad nominal cae. La resistencia interna aumenta. Pero el contador de Coulomb no lo sabe a menos que tú se lo digas.
Los circuitos integrados de calibre de TI-la serie BQ34, por ejemplo-ejecutan un seguimiento de impedancia interna y ajustan la capacidad de carga total con el tiempo. Se trata de un enfoque basado en un modelo-que se superpone al conteo básico de Coulomb. El Maxim 17205 hace algo similar. Para diseños de BMS personalizados, usted mismo los construye y requiere datos de envejecimiento validados de la química celular específica.
Las células NCM se comportan aquí de manera diferente a las LFP. LFP tiene esa meseta de voltaje plana que hace que las correcciones basadas en OCV-casi inútiles en el rango de SOC del 20 al 80 %. Estás atrapado dependiendo de que Coulomb cuente más, lo que significa que tu precisión de detección actual es aún más importante.
Recalibración práctica
La carga completa es tu amiga. Cuando el voltaje alcanza el umbral de terminación y la corriente disminuye por debajo de C/20 o cualquiera que sea su límite, se reinicia al 100%. Simple. Confiable. Funciona siempre, suponiendo que su cargador y BMS estén de acuerdo en lo que significa "completo".
El final de la aprobación de la gestión es más complicado. El codo de voltaje es pronunciado,-dependiente de la temperatura y afectado por el historial de carga reciente. La mayoría de los sistemas no se recalibran en vacío. Simplemente utilizan la carga completa como punto de anclaje y confían en el conteo intermedio.
Algunas instalaciones de almacenamiento estacionarias realizan pruebas de capacidad periódicas. Una vez al mes, el sistema realiza una descarga y recarga completa controlada. Eso te da la verdad fundamental. Los operadores de flotas con vehículos eléctricos a veces también hacen lo mismo. Es operativamente molesto pero resuelve el problema de la deriva.
Lo que les digo a los nuevos ingenieros
El conteo de Coulomb no es un algoritmo sofisticado. Es suma y resta con muchas fuentes de error. La sofisticación está en comprender de dónde vienen los errores y tener estrategias para corregirlos.
Haga bien su selección actual de sensores. Comprender el comportamiento de la temperatura. Planifique su estrategia de recalibración antes de escribir una sola línea de código. Pruebe con celdas reales a temperaturas reales bajo perfiles de carga realistas. La configuración del banco con una fuente de alimentación y una carga electrónica no le mostrará los problemas que verá en el campo.
