वोल्टेज मॉनिटरिंग क्या है?
पिछले साल एक जर्मन ग्राहक ने संपर्क किया क्योंकि उनके गोदाम में तीन फोर्कलिफ्टों ने अचानक काम करने से इनकार कर दिया था। पता चला कि बैटरियां ठीक थीं-बीएमएस ने वोल्टेज रीडिंग पर लगभग 40mV का बहाव किया था और निर्णय लिया कि पैक ओवरचार्ज हो गए थे। सब कुछ बंद कर दिया. पूरे दिन तीन मशीनें खराब रहीं। वे वहां घंटे के हिसाब से बिल बनाते हैं।
वास्तव में, बहुत ही सामान्य कहानी। वोल्टेज मॉनिटरिंग बीएमएस द्वारा की जाने वाली सबसे बुनियादी चीज़ की तरह लगती है। और फिर भी यह "बुनियादी कार्य" लगभग किसी भी अन्य चीज़ की तुलना में अधिक फ़ील्ड समस्याओं का कारण बनता है।
वोल्टेज आपको क्या बताता है
बैटरी के साथ काम करने वाला कोई भी व्यक्ति जानता है कि टर्मिनल वोल्टेज मूल रूप से सेल स्थिति का वास्तविक समय दर्पण है। एसओसी का आकलन इस पर निर्भर करता है। ओवरचार्ज और ओवरडिस्चार्ज सुरक्षा इस पर निर्भर करती है। सेल संगतता जांच इस पर निर्भर करती है। आईईसी 62619:2022 इसे स्पष्ट रूप से कहता है: वोल्टेज वर्तमान या तापमान से अधिक महत्वपूर्ण है, और सेल वोल्टेज सुरक्षा सीमा तक पहुंचने से पहले या जैसे ही बीएमएस को चार्जिंग में कटौती करनी चाहिए।
इतना निश्चित क्यों? क्योंकि सबसे पहले वोल्टेज बदलता है. बढ़ता आंतरिक प्रतिरोध, क्षमता में कमी, लिथियम चढ़ाना जोखिम-ये तापमान विसंगतियों से हफ्तों या महीनों पहले वोल्टेज व्यवहार में दिखाई देते हैं। जब तक आपको थर्मल अलार्म मिलता है, चीजें पहले ही किनारे हो चुकी होती हैं।
टोयोटा की AHR10W हाइब्रिड बैटरी प्रणाली प्रत्येक 1.2V पर एक उपयोगी संदर्भ सेल प्रदान करती है, श्रृंखला {{3}कुल 201.6V से जुड़ी होती है। ईसीयू प्रत्येक दो मॉड्यूल को एक निगरानी इकाई के रूप में मानता है, जो कुल 14 इकाइयों को ट्रैक करता है। यह समूहन सिस्टम को यह पता लगाने देता है कि किस इकाई में समस्या सेल है। यही तर्क औद्योगिक पैक्स पर भी लागू होता है। -आप प्रत्येक सेल को अपना स्वयं का संचार चैनल नहीं दे सकते, लेकिन आपको कम से कम मॉड्यूल स्तर पर समस्याओं का पता लगाने के लिए पर्याप्त विवरण की आवश्यकता होती है।
चार जांच विधियां
बैटरी पैक वोल्टेज का पता लगाने को चार मुख्य तरीकों में विभाजित किया गया है। लिथियम बैटरी पैक आपूर्तिकर्ता से बात करने वाले अधिकांश खरीदार इस विवरण के बारे में नहीं पूछेंगे, लेकिन यह विवरण संपूर्ण बीएमएस के लिए विश्वसनीयता स्तर निर्धारित करता है।
रिले{{0}और-संधारित्र
पहला है रिले{{0}और-कैपेसिटर आइसोलेशन सैंपलिंग। सरल अवधारणा: संधारित्र सेल से वोल्टेज का नमूना लेता है, फिर आप संधारित्र को मापते हैं। समस्याएं भी स्पष्ट हैं -धीमी नमूनाकरण, खराब सटीकता, रिले घिसाव। कुछ प्रारंभिक ऊर्जा भंडारण परियोजनाओं ने इसका उपयोग किया। अब अधिकतर अप्रचलित हो चुके हैं।
तैरता हुआ -जमीन
दूसरा है फ्लोटिंग-ग्राउंड डिटेक्शन। एक विंडो तुलनित्र यह जाँचता है कि वर्तमान ज़मीनी क्षमता ए/डी रूपांतरण के लिए काम करती है या नहीं; यदि नहीं, तो डी/ए इसे समायोजित करता है। लैब में परीक्षण ठीक है। खेत में बिखर जाता है. फोर्कलिफ्ट, एजीवी-मोटर ड्राइव हस्तक्षेप बहुत भारी है। ज़मीनी क्षमता कायम नहीं रहेगी.
सामान्य-मोड
तीसरा सामान्य मोड डिटेक्शन है। सभी कोशिकाओं को एक संदर्भ बिंदु के विरुद्ध मापा जाता है, सटीक प्रतिरोधी डिवाइडर सब कुछ नीचे स्केल करते हैं, फिर आप व्यक्तिगत सेल वोल्टेज प्राप्त करने के लिए घटाते हैं। सरल परिपथ. लेकिन अवरोधक त्रुटियाँ ढेर हो जाती हैं। 8एस के तहत ठीक काम करता है। इससे पहले, सटीकता संदिग्ध हो जाती है। इस स्टैकिंग समस्या को अंशांकन के साथ पूरी तरह से ठीक नहीं किया जा सकता है -यह दृष्टिकोण में निहित है।
विभेदक-मोड
चौथा है डिफरेंशियल -मोड डिटेक्शन। Op{2}}amps सामान्य-मोड वोल्टेज को अस्वीकार करते हैं और प्रत्येक सेल में अंतर को सीधे मापते हैं। सटीकता अन्य तीन को ठोस अंतर से हरा देती है। ट्रेड-ऑफ़ सर्किट जटिलता और लागत है। 12S से अधिक के पैक आमतौर पर कई डिटेक्शन मॉड्यूल में विभाजित होते हैं, प्रत्येक एक सेगमेंट को संभालते हैं, एक बस पर परिणाम संचारित करते हैं। औद्योगिक कार्य करने वाले अधिकांश लिथियम बैटरी सिस्टम निर्माता इस दिशा में आगे बढ़े हैं।
लीकेज करंट ट्रैप
इसे नज़रअंदाज़ करना आसान है.
वोल्टेज डिटेक्शन सर्किट कोशिकाओं से करंट खींचते हैं। छोटी मात्रा में {{1}माइक्रोएम्प से लेकर मिलिअम्प तक-लेकिन निरंतर। और यहाँ एक समस्या है: एक श्रृंखला पैक में, नकारात्मक टर्मिनल के करीब की कोशिकाएँ अधिक लीकेज करंट ले जाती हैं। 16S पैक लें. सकारात्मक सिरे पर सेल 1 केवल अपने स्वयं के डिटेक्शन सर्किट से रिसाव को देखता है। नकारात्मक सिरे पर सेल 16 सभी 16 डिटेक्शन सर्किटों, साथ ही बीएमएस नियंत्रक, साथ ही जो भी अन्य संदर्भ पैक नकारात्मक है, से संचयी रिसाव देखता है।
सैकड़ों चक्रों में, नकारात्मक {{0}अंत कोशिकाएं अधिक गहराई तक स्त्रावित होती हैं और तेजी से पुरानी होती जाती हैं। संगति भटक जाती है। यह सेल गुणवत्ता की समस्या नहीं है. यह एक सिस्टम डिज़ाइन समस्या है.
समाधान मौजूद हैं: पूर्ण रिसाव को कम करने के लिए डिटेक्शन सर्किट इनपुट प्रतिबाधा बढ़ाएं; माप न होने पर नमूना पथों को डिस्कनेक्ट करने के लिए स्विच जोड़ें; या नकारात्मक अंतिम स्थिति के लिए थोड़ी अधिक क्षमता वाले सेल निर्दिष्ट करें और विषमता को स्वीकार करें। यदि LiFePO4 बैटरी थोक आपूर्तिकर्ता इस बारे में प्रश्नों का उत्तर नहीं दे सकता है, तो संभवतः उनके पैक क्षेत्र में त्वरित असंतुलन विकसित करेंगे। जब आप विक्रेताओं की जांच कर रहे हों तो अच्छा फ़िल्टर प्रश्न।
सटीकता और यह विशिष्टताओं के सुझाव से अधिक क्यों मायने रखती है
आईईसी 62619 कहता है कि सेल वोल्टेज के सुरक्षा सीमा तक पहुंचने से पहले या उसके ठीक पहले वोल्टेज संरक्षण कार्य करना चाहिए। ऐसा लगता है जैसे मार्जिन है. व्यवहार में, बहुत कुछ नहीं है।
एलएफपी लें. 3.65V के आसपास पूर्ण चार्ज। खतरे का क्षेत्र 3.70V के आसपास शुरू होता है। वह 50mV विंडो है। यदि सस्ते बीएमएस डिज़ाइनों में पता लगाने की सटीकता ±30mV{{8}सामान्य है{{9}तो माप की अनिश्चितता अकेले आपके सुरक्षा मार्जिन के आधे से अधिक को खा जाती है। बीएमएस 3.65V दिखाता है, वास्तविक वोल्टेज पहले से ही 3.68V हो सकता है। हम आंतरिक रूप से ±5mV चलाते हैं। बेहतर एडीसी, सख्त वोल्टेज संदर्भ, अधिक सावधान पीसीबी लेआउट की आवश्यकता है। लागत अधिक है. लेकिन इसकी तुलना में जब सटीकता कम हो जाती है तो क्या गलत होता है, यह बताने लायक नहीं है।
एक मामला था: ग्राहक का पैक दो साल तक चला, डिलीवरी के समय पता लगाने की सटीकता ±8mV से घटकर ±35mV हो गई। कोई गलती कोड नहीं -बहाव क्रमिक था। एक दिन चार्जिंग के दौरान, एक सेल वास्तव में 3.72V पर पहुंच गया, जबकि सिस्टम ने सोचा कि यह 3.65V था और चलता रहा। भाग्यशाली रहा कि सेल रुकी रही। अन्यथा वह एक घटना रिपोर्ट है.
इस प्रकार की प्रगतिशील विफलता अच्छी तरह छुप जाती है। वार्षिक अंशांकन जाँच न्यूनतम हैं।
संतुलन, तापमान और बाकी सब कुछ
सक्रिय या निष्क्रिय, संतुलन केवल तभी काम करता है जब आप जानते हैं कि कौन सी कोशिकाएँ ऊँची हैं और कौन सी कम हैं। ख़राब पहचान का अर्थ है अंधा संतुलन। निष्क्रिय संतुलन प्रतिरोधों के माध्यम से बहता है। विशिष्ट 50mA संतुलन धारा को एक सेल को 0.1V नीचे खींचने में घंटों लगते हैं। यदि वोल्टेज माप त्रुटियाँ कभी-कभी दिशा बदल देती हैं, तो आप ऊर्जा जलाते समय असंतुलन को बदतर बना रहे हैं। किसी औद्योगिक लिथियम बैटरी विक्रेता का मूल्यांकन करते समय, रणनीति और पता लगाने की सटीकता को एक साथ संतुलित करने के बारे में पूछें। यदि अंतर्निहित डेटा कचरा है तो "सक्रिय संतुलन है" का कोई मतलब नहीं है।
तापमान मुआवजा एक और चीज़ है जो स्पेक शीट में शायद ही कभी दिखाई देती है। 3.30V पर एक ही सेल 25 डिग्री बनाम 0 डिग्री पर अलग-अलग पढ़ता है। आंतरिक प्रतिरोध बदलता है, माप सर्किट स्वयं तापमान के साथ बहता है। मुआवज़े के बिना, एसओसी का अनुमान मौसम के अनुसार बदलता रहता है। कम तापमान पर चार्ज करना अधिक कठिन हो जाता है। बीएमएस जो क्रॉस-रेफरेंसिंग तापमान के बिना केवल वोल्टेज देखता है वह चार्जिंग की अनुमति दे सकता है जब ऐसा नहीं होना चाहिए, या जब ऐसा हो सकता है तो चार्जिंग को ब्लॉक कर सकता है। आपको इस सामान के बारे में आपूर्तिकर्ता की तकनीकी टीम से सीधे पूछना होगा।
असफलता कैसी दिखती है
अचानक खराबी
वोल्टेज मॉनिटरिंग समस्याएँ कुछ तरीकों से सामने आती हैं। सबसे स्पष्ट है अचानक हुई गलती। एक सेल वोल्टेज 0V या पूर्ण पैक वोल्टेज पढ़ता है। सिस्टम एक कोड फेंकता है और लॉक हो जाता है। कष्टप्रद, लेकिन कम से कम सिस्टम को पता है कि कुछ गड़बड़ हुई है।
क्रमिक बहाव
इससे भी बुरा है धीरे-धीरे बहाव। मापे गए मूल्य धीरे-धीरे वास्तविकता से अलग हो जाते हैं। कोई दोष कोड नहीं. सुरक्षा सीमाएँ प्रभावी रूप से अक्षम हैं. किसी के ध्यान में आने से पहले इसे दो साल तक चलाया जा सकता है, आमतौर पर क्योंकि कुछ बुरा हुआ होता है।
रुक-रुक कर संपर्क
फिर रुक-रुक कर संपर्क समस्याएँ आती हैं। कंपन सेंस वायर कनेक्टर को ढीला कर देता है। वोल्टेज रीडिंग आती-जाती रहती है। कभी-कभी प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य, कभी-कभी नहीं। समस्या निवारण के लिए दुःस्वप्न.
यदि आप खोदना चाहते हैं तो वोल्टेज निगरानी गहरी हो जाती है, लेकिन मुख्य बिंदु सरल है: यह बीएमएस द्वारा की जाने वाली हर चीज के लिए डेटा आधार है। बुनियाद ठोस नहीं है, शीर्ष पर बनी कोई भी चीज मायने नहीं रखती।
जब आप बैटरी पैक खरीद रहे हों, तो केवल क्षमता, चक्र जीवन, कीमत को न देखें। बीएमएस डिटेक्शन सटीकता, डिटेक्शन आर्किटेक्चर, कैलिब्रेशन प्रोटोकॉल ये आंतरिक चीजें भी उतनी ही मायने रखती हैं। प्रश्नों का स्वागत है. पिछले कुछ वर्षों में हमने राय रखने के लिए पर्याप्त बारूदी सुरंगों पर कदम रखा है।
