Qu'est-ce que Coulomb compte ?
On m'a posé des questions sur l'estimation du SOC plus de fois que je ne peux compter. La question se pose généralement lorsque le pack de quelqu'un affiche 30 % sur la jauge mais s'éteint deux minutes plus tard. Neuf fois sur dix, la cause profonde remonte à un comptage de Coulomb qui a mal tourné.
Le concept
Les pistes de comptage Coulomb entrent et sortent. Assez simple sur le papier. Vous intégrez le courant au fil du temps, tenez un compte courant, et ce compte vous indique la quantité de jus restant dans la cellule.
Le BMS échantillonne le courant-généralement entre 10 Hz et 100 Hz selon l'application-et chaque échantillon est multiplié par l'intervalle de temps. Additionnez-les. Soustrayez de votre capacité de départ. Voilà votre numéro SOC.
Là où ça devient moche
Voici ce que les manuels ne soulignent pas suffisamment. Le capteur de courant sur lequel vous comptez a une dérive compensée. Il y a une erreur de gain. Il a un coefficient de température. Un shunt automobile typique peut avoir une spécification de ±0,5 %, mais c'est dans des conditions idéales à 25 degrés. Mettez-le sous le capot à Phoenix en juillet et vous obtenez des chiffres différents.
J'ai travaillé sur un programme hybride léger 48 V en 2019. Nous avions un shunt Vishay évalué à 100 μΩ. Belle fiche technique. Au laboratoire, tout s’est parfaitement déroulé. Mettez-le dans un véhicule effectuant un freinage par récupération dans une circulation à arrêts multiples-et-, et après six heures, le SOC avait dérivé de 8 %. La masse thermique du shunt ne pouvait pas suivre les transitoires du courant. Nous avons fini par ajouter un capteur de température dédié sur le shunt lui-même et exécuter un algorithme de compensation dans le firmware BMS.
Le problème du faible courant
Celui-là mord les gens tout le temps. Votre capteur à effet Hall ou votre shunt possède un bruit de fond. En dessous de peut-être 500 mA sur un pack EV typique, le rapport signal-sur-bruit s'effondre. Mais la cellule se décharge toujours automatiquement-. Le BMS consomme toujours du courant de repos. Les contacteurs présentent des fuites.
Sur une période de stationnement de deux-semaines, ces petits courants s'additionnent. J'ai vu des packs perdre 3 à 4 % de SOC que le compteur Coulomb n'a jamais enregistré. Le propriétaire revient de vacances, la jauge indique 85%, mais la capacité réelle est plus proche de 81%. Faites cela plusieurs fois et vos fenêtres de recalibrage ne pourront pas rattraper leur retard.
Certaines équipes exécutent un modèle d'auto-décharge parallèle-. D'autres se contentent de forcer un recalibrage de l'OCV après toute période de repos supérieure à 4 heures. Il n'y a pas de réponse parfaite. Les personnes ISO 26262 vous demanderont comment vous gérez cela dans votre AMDEC, et il est préférable d'avoir une stratégie documentée.
Fondu de capacité
La cellule que vous avez caractérisée au cours du développement n’est pas la cellule que vous avez après 500 cycles. La capacité nominale diminue. La résistance interne augmente. Mais le compteur Coulomb ne le sait que si vous le lui dites.
Les circuits intégrés de jauge de TI-la série BQ34, par exemple-exécutent un suivi d'impédance interne et ajustent la capacité de charge complète au fil du temps. Il s'agit d'une approche basée sur un modèle-qui s'ajoute au comptage coulombien de base. Le Maxim 17205 fait quelque chose de similaire. Pour les conceptions BMS personnalisées, vous le construisez vous-même et cela nécessite des données de vieillissement validées provenant de la chimie cellulaire spécifique.
Les cellules NCM se comportent ici différemment du LFP. LFP a ce plateau de tension plat qui rend les corrections basées sur OCV-presque inutiles dans la plage SOC de 20 à 80 %. Vous êtes obligé de compter davantage sur Coulomb, ce qui signifie que la précision de votre détection actuelle est encore plus importante.
Réétalonnage pratique
La charge complète est votre amie. Lorsque la tension atteint le seuil de terminaison et que le courant diminue en dessous de C/20 ou quelle que soit votre coupure, vous êtes réinitialisé à 100 %. Simple. Fiable. Fonctionne à chaque fois en supposant que votre chargeur et votre BMS soient d'accord sur ce que signifie « plein ».
La fin de la décharge est plus délicate. Le coude de tension est raide, dépend de la température-et est affecté par l'historique de charge récent. La plupart des systèmes ne se recalibrent pas à vide. Ils utilisent simplement la charge complète comme point d’ancrage et font confiance au comptage intermédiaire.
Certaines installations de stockage fixes effectuent des tests de capacité périodiques. Une fois par mois, le système effectue une décharge et une recharge complètes contrôlées. Cela vous donne la vérité terrain. Les opérateurs de flotte équipés de véhicules électriques le font parfois aussi. C'est ennuyeux sur le plan opérationnel mais résout le problème de dérive.
Ce que je dis aux nouveaux ingénieurs
Le comptage de Coulomb n'est pas un algorithme sophistiqué. C'est une addition et une soustraction avec de nombreuses sources d'erreur. La sophistication réside dans la compréhension d’où viennent les erreurs et dans la mise en place de stratégies pour les limiter.
Obtenez la bonne sélection de capteur actuelle. Comprendre le comportement de la température. Planifiez votre stratégie de recalibrage avant d'écrire une seule ligne de code. Testez avec de vraies cellules à des températures réelles sous des profils de charge réalistes. La configuration du banc avec une alimentation électrique et une charge électronique ne vous montrera pas les problèmes que vous rencontrerez sur le terrain.
