लिथियम बैटरी की चार्ज स्थिति (एसओसी) का अनुमान तकनीकी रूप से कठिन है, खासकर उन अनुप्रयोगों में जहां बैटरी पूरी तरह से चार्ज या पूरी तरह से डिस्चार्ज नहीं होती है। ऐसे अनुप्रयोग हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन (एचईवी) हैं। यह चुनौती लिथियम बैटरी की बहुत ही फ्लैट वोल्टेज डिस्चार्ज विशेषताओं से उत्पन्न होती है। वोल्टेज मुश्किल से 70% एसओसी से 20% एसओसी तक बदलता है। वास्तव में, तापमान परिवर्तन के कारण वोल्टेज भिन्नता डिस्चार्ज के कारण वोल्टेज भिन्नता के समान होती है, इसलिए यदि एसओसी को वोल्टेज से प्राप्त किया जाना है, तो सेल तापमान की भरपाई की जानी चाहिए।
एक और चुनौती यह है कि बैटरी की क्षमता सबसे कम क्षमता वाले सेल की क्षमता से निर्धारित होती है, इसलिए एसओसी का आकलन सेल के टर्मिनल वोल्टेज के आधार पर नहीं, बल्कि सबसे कमजोर सेल के टर्मिनल वोल्टेज के आधार पर किया जाना चाहिए। ये सब कुछ ज्यादा ही मुश्किल लगता है. तो हम सेल में प्रवाहित विद्युत धारा की कुल मात्रा को सरलता से क्यों नहीं रखते और उसे बाहर प्रवाहित विद्युत धारा के साथ संतुलित क्यों नहीं करते? इसे कूलोमेट्रिक गिनती के रूप में जाना जाता है और यह काफी सरल लगता है, लेकिन इस विधि में कई कठिनाइयां हैं।
बैटरियोंउत्तम बैटरियां नहीं हैं. आपने उनमें जो डाला है, वे उसे कभी वापस नहीं करते। चार्जिंग के दौरान लीकेज करंट होता है, जो तापमान, चार्ज दर, चार्ज की स्थिति और उम्र बढ़ने के साथ बदलता रहता है।
बैटरी की क्षमता भी डिस्चार्ज की दर के साथ गैर-रैखिक रूप से भिन्न होती है। डिस्चार्ज जितना तेज़ होगा, क्षमता उतनी ही कम होगी। 0.5C डिस्चार्ज से 5C डिस्चार्ज तक, कमी 15% तक हो सकती है।
उच्च तापमान पर बैटरियों में काफी अधिक लीकेज करंट होता है। बैटरी में आंतरिक सेल बाहरी सेल की तुलना में अधिक गर्म हो सकते हैं, इसलिए बैटरी के माध्यम से सेल का रिसाव असमान होगा।
क्षमता भी तापमान का एक कार्य है। कुछ लिथियम रसायन दूसरों की तुलना में अधिक प्रभावित होते हैं।
इस असमानता की भरपाई के लिए, बैटरी के भीतर सेल संतुलन का उपयोग किया जाता है। यह अतिरिक्त लीकेज करंट बैटरी के बाहर मापने योग्य नहीं है।
सेल के जीवनकाल और समय के साथ बैटरी की क्षमता लगातार घटती जाती है।
वर्तमान माप में किसी भी छोटे ऑफसेट को एकीकृत किया जाएगा और समय के साथ बड़ी संख्या बन सकती है, जो एसओसी की सटीकता को गंभीर रूप से प्रभावित कर सकती है।
उपरोक्त सभी के परिणामस्वरूप समय के साथ सटीकता में कमी आएगी जब तक कि नियमित अंशांकन नहीं किया जाता है, लेकिन यह केवल तभी संभव है जब बैटरी लगभग डिस्चार्ज हो गई हो या लगभग पूरी भर गई हो। एचईवी अनुप्रयोगों में बैटरी को लगभग 50% चार्ज पर रखना सबसे अच्छा है, इसलिए मीटरिंग सटीकता को विश्वसनीय रूप से सही करने का एक संभावित तरीका समय-समय पर बैटरी को पूरी तरह से चार्ज करना है। शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहनों को नियमित रूप से पूर्ण या लगभग पूर्ण रूप से चार्ज किया जाता है, इसलिए कूलोमेट्रिक गणना के आधार पर मीटरिंग बहुत सटीक हो सकती है, खासकर यदि अन्य बैटरी समस्याओं की भरपाई की जाती है।
कूलोमेट्रिक गिनती में अच्छी सटीकता की कुंजी एक विस्तृत गतिशील रेंज पर अच्छी वर्तमान पहचान है।
करंट को मापने का पारंपरिक तरीका हमारे लिए एक शंट है, लेकिन उच्च (250A+) करंट शामिल होने पर ये तरीके विफल हो जाते हैं। बिजली की खपत के कारण, शंट को कम प्रतिरोध का होना आवश्यक है। कम प्रतिरोध वाले शंट कम (50mA) धाराओं को मापने के लिए उपयुक्त नहीं हैं। यह तुरंत सबसे महत्वपूर्ण प्रश्न उठाता है: मापी जाने वाली न्यूनतम और अधिकतम धाराएँ क्या हैं? इसे डायनेमिक रेंज कहा जाता है.
100Ahr की बैटरी क्षमता मानते हुए, स्वीकार्य एकीकरण त्रुटि का एक मोटा अनुमान।
4 एम्प की त्रुटि एक दिन में 100% त्रुटियाँ उत्पन्न करेगी या 0.4A त्रुटि एक दिन में 10% त्रुटियाँ उत्पन्न करेगी।
एक 4/7ए त्रुटि एक सप्ताह के भीतर 100% त्रुटियाँ उत्पन्न करेगी या 60mA त्रुटि एक सप्ताह के भीतर 10% त्रुटियाँ उत्पन्न करेगी।
4/28A त्रुटि एक महीने में 100% त्रुटि उत्पन्न करेगी या 15mA त्रुटि एक महीने में 10% त्रुटि उत्पन्न करेगी, जो संभवतः सबसे अच्छा माप है जिसकी चार्जिंग या लगभग पूर्ण डिस्चार्ज के कारण पुन: अंशांकन के बिना उम्मीद की जा सकती है।
अब आइए उस शंट को देखें जो धारा को मापता है। 250A के लिए, 1m ओम शंट ऊंचे स्तर पर होगा और 62.5W का उत्पादन करेगा। हालाँकि, 15mA पर यह केवल 15 माइक्रोवोल्ट का उत्पादन करेगा, जो पृष्ठभूमि शोर में खो जाएगा। डायनामिक रेंज 250A/15mA = 17,000:1 है। यदि 14-बिट ए/डी कनवर्टर वास्तव में शोर, ऑफसेट और बहाव में सिग्नल को "देख" सकता है, तो 14-बिट ए/डी कनवर्टर की आवश्यकता है। ऑफसेट का एक महत्वपूर्ण कारण थर्मोकपल द्वारा उत्पन्न वोल्टेज और ग्राउंड लूप ऑफसेट है।
मौलिक रूप से, ऐसा कोई सेंसर नहीं है जो इस गतिशील रेंज में करंट को माप सके। कर्षण और चार्जिंग उदाहरणों से उच्च धाराओं को मापने के लिए उच्च वर्तमान सेंसर की आवश्यकता होती है, जबकि उदाहरण के लिए, सहायक उपकरण और किसी भी शून्य वर्तमान स्थिति से धाराओं को मापने के लिए कम वर्तमान सेंसर की आवश्यकता होती है। चूँकि निम्न धारा सेंसर उच्च धारा को भी "देखता" है, इसलिए संतृप्ति को छोड़कर, यह इनके द्वारा क्षतिग्रस्त या दूषित नहीं हो सकता है। यह तुरंत शंट करंट की गणना करता है।
एक समाधान
सेंसर का एक बहुत ही उपयुक्त परिवार ओपन लूप हॉल इफ़ेक्ट करंट सेंसर है। ये उपकरण उच्च धाराओं से क्षतिग्रस्त नहीं होंगे और रेज़टेक ने एक सेंसर रेंज विकसित की है जो वास्तव में एक कंडक्टर के माध्यम से मिलीएम्प रेंज में धाराओं को माप सकती है। 100mV/AT का स्थानांतरण फ़ंक्शन व्यावहारिक है, इसलिए 15mA करंट प्रयोग करने योग्य 1.5mV का उत्पादन करेगा। सर्वोत्तम उपलब्ध कोर सामग्री का उपयोग करके, एकल मिलीएम्प रेंज में बहुत कम अवशेष भी प्राप्त किया जा सकता है। 100mV/AT पर, संतृप्ति 25 एम्पीयर से ऊपर होगी। निश्चित रूप से कम प्रोग्रामिंग लाभ उच्च धाराओं की अनुमति देता है।
उच्च धाराओं को पारंपरिक उच्च धारा सेंसर का उपयोग करके मापा जाता है। एक सेंसर से दूसरे सेंसर पर स्विच करने के लिए सरल तर्क की आवश्यकता होती है।
रेज़टेक के कोरलेस सेंसर की नई रेंज उच्च वर्तमान सेंसर के लिए एक उत्कृष्ट विकल्प है। ये उपकरण उत्कृष्ट रैखिकता, स्थिरता और शून्य हिस्टैरिसीस प्रदान करते हैं। वे यांत्रिक विन्यास और वर्तमान रेंज की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए आसानी से अनुकूलनीय हैं। इन उपकरणों को उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ नई पीढ़ी के चुंबकीय क्षेत्र सेंसर के उपयोग से व्यावहारिक बनाया गया है।
आवश्यक धाराओं की बहुत उच्च गतिशील रेंज के साथ सिग्नल-टू-शोर अनुपात के प्रबंधन के लिए दोनों सेंसर प्रकार फायदेमंद रहते हैं।
हालाँकि, अत्यधिक सटीकता बेमानी होगी क्योंकि बैटरी स्वयं एक सटीक कूलम्ब काउंटर नहीं है। चार्ज और डिस्चार्ज के बीच 5% की त्रुटि उन बैटरियों के लिए विशिष्ट है जहां आगे विसंगतियां मौजूद होती हैं। इसे ध्यान में रखते हुए, बुनियादी बैटरी मॉडल का उपयोग करने वाली अपेक्षाकृत सरल तकनीक का उपयोग किया जा सकता है। मॉडल में नो-लोड टर्मिनल वोल्टेज बनाम क्षमता, चार्ज वोल्टेज बनाम क्षमता, डिस्चार्ज और चार्ज प्रतिरोध शामिल हो सकते हैं जिन्हें क्षमता और चार्ज/डिस्चार्ज चक्र के साथ संशोधित किया जा सकता है। कमी और पुनर्प्राप्ति वोल्टेज समय स्थिरांक को समायोजित करने के लिए उपयुक्त मापा वोल्टेज समय स्थिरांक स्थापित करने की आवश्यकता है।
अच्छी गुणवत्ता वाली लिथियम बैटरियों का एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि वे उच्च डिस्चार्ज दर पर बहुत कम क्षमता खो देती हैं। यह तथ्य गणना को सरल बनाता है. इनमें लीकेज करंट भी बहुत कम होता है। सिस्टम लीकेज अधिक हो सकता है.
यह तकनीक कूलम्ब गणना की आवश्यकता के बिना, उचित पैरामीटर स्थापित करने के बाद वास्तविक शेष क्षमता के कुछ प्रतिशत बिंदुओं के भीतर चार्ज अनुमान की स्थिति को सक्षम बनाती है। बैटरी कूलॉम काउंटर बन जाती है।
वर्तमान सेंसर के भीतर त्रुटि स्रोत
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, ऑफसेट त्रुटि कूलोमेट्रिक गणना के लिए महत्वपूर्ण है और शून्य वर्तमान परिस्थितियों में सेंसर ऑफसेट को शून्य पर कैलिब्रेट करने के लिए एसओसी मॉनिटर के भीतर प्रावधान किया जाना चाहिए। यह आमतौर पर फ़ैक्टरी स्थापना के दौरान ही संभव है। हालाँकि, ऐसी प्रणालियाँ मौजूद हो सकती हैं जो शून्य धारा निर्धारित करती हैं और इसलिए ऑफसेट के स्वचालित पुन: अंशांकन की अनुमति देती हैं। यह एक आदर्श स्थिति है क्योंकि बहाव को समायोजित किया जा सकता है।
दुर्भाग्य से, सभी सेंसर प्रौद्योगिकियां थर्मल ऑफसेट बहाव उत्पन्न करती हैं, और वर्तमान सेंसर कोई अपवाद नहीं हैं। अब हम देख सकते हैं कि यह एक महत्वपूर्ण गुण है। रेज़टेक में गुणवत्तापूर्ण घटकों और सावधानीपूर्वक डिजाइन का उपयोग करके, हमने <0.25mA/K की ड्रिफ्ट रेंज के साथ थर्मल स्थिर वर्तमान सेंसर की एक श्रृंखला विकसित की है। 20K के तापमान परिवर्तन के लिए, यह 5mA की अधिकतम त्रुटि उत्पन्न कर सकता है।
चुंबकीय सर्किट को शामिल करने वाले वर्तमान सेंसर में त्रुटि का एक अन्य सामान्य स्रोत अवशेष चुंबकत्व के कारण होने वाली हिस्टैरिसीस त्रुटि है। यह अक्सर 400mA तक होता है, जो ऐसे सेंसर को बैटरी निगरानी के लिए अनुपयुक्त बनाता है। सर्वोत्तम चुंबकीय सामग्री का चयन करके, रेज़टेक ने इस गुणवत्ता को 20mA तक कम कर दिया है और समय के साथ यह त्रुटि वास्तव में कम हो गई है। यदि कम त्रुटि की आवश्यकता है, तो विचुंबकीकरण संभव है, लेकिन इसमें काफी जटिलता शामिल है।
एक छोटी त्रुटि तापमान के साथ स्थानांतरण फ़ंक्शन अंशांकन का बहाव है, लेकिन द्रव्यमान सेंसर के लिए यह प्रभाव तापमान के साथ सेल प्रदर्शन के बहाव से बहुत छोटा है।
एसओसी अनुमान के लिए सबसे अच्छा तरीका स्थिर नो-लोड वोल्टेज, आईएक्सआर द्वारा क्षतिपूर्ति सेल वोल्टेज, कूलोमेट्रिक गणना और मापदंडों के तापमान मुआवजे जैसी तकनीकों के संयोजन का उपयोग करना है। उदाहरण के लिए, नो-लोड या लो-लोड बैटरी वोल्टेज के लिए एसओसी का अनुमान लगाकर दीर्घकालिक एकीकरण त्रुटियों को नजरअंदाज किया जा सकता है।
पोस्ट करने का समय: अगस्त-09-2022