The BMS Plots: Conhecer o IONIQ ao longo do SoC

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migle
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The BMS Plots: Conhecer o IONIQ ao longo do SoC

Mensagem por migle » 07 abr 2018, 14:08

Tenho intenção de apresentar uma série de gráficos que tenho feito com os dados adquiridos através da ficha OBD numa conferência internacional, o ioniqforum.com. Vou colocá-los aqui primeiro para peer-review.

O primeiro gráfico mostra a relação entre aquilo que se pensa ser a visão interna do SoC do BMS e o SoC que aparece no mostrador do carro. Já vi escrito que o IONIQ apenas usa 90% do SoC e teria assim não uma bateria de 28kWh mas sim uma de 30,5kWh. Também se diz que existe uma capacidade de reserva para esconder a degradação da bateria nos primeiros tempos.

Esta relação parece indicar sim que usamos o SoC desde o 1,5% cá em baixo aos 95%.

Imagem
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Re: The BMS Plots: Conhecer o IONIQ ao longo do SoC

Mensagem por migle » 07 abr 2018, 14:17

Uma das relações mais interessantes é a relação entre a tensão (voltagem) e o SoC.
É uma relação mais ou menos complicada, porque devido ao efeito de resistência interna, a tensão desce quando descarregamos a bateria e sobe quando carregamos. Seria interessante então a tensão em circuito aberto, corrente zero, o OCV.

Temos então duas curvas diferentes, uma para um carregamento a 6,6kW (aproximada 0,2C, quase 5 horas) e uma descarga durante 5h (0.2C em média).

Como já estimámos o efeito puramente resistivo da RI, seguirá noutro tópico, podemos descontá-lo, e é o que vemos nas curvas a tracejado.

Imagem

Porém, a curva de carga e descarga continuam a ser muito diferentes. Existe outro efeito, que é de a tensão subir no carregamento não apenas pelo efeito da corrente instantânea mas um efeito cumulativo, e o efeito inverso na descarga. Este efeito cumulativo resulta naquilo que se chama histerese.

Podemos estimar que a curva que relaciona a tensão com o SoC estaria algures ali no meio, a curva do OCV em repouso.

Podemos ainda observar aqui o chamado joelho da curva de descarga. Um ponto a partir do qual a tensão se reduz tão rapidamente com a descarga que se exigem correntes cada vez maiores para obter a mesma potência, resultando numa descarga ainda mais acelerada.

Deixando os porquês desta histerese, porque eu não estou habilitado nem a ouvir falar de química, deixo a pergunta: esta histerese é o mesmo que o componente reactivo da resistência interna?
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Re: The BMS Plots: Conhecer o IONIQ ao longo do SoC

Mensagem por migle » 07 abr 2018, 14:28

Outro gráfico interessante para quem não conhece o carro, é assinalar os pontos que fazem com que o carro não seja todo igual ao longo do SoC.

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Em primeiro lugar, os avisos de bateria baixa. O primeiro é na descida de 13,5% para 13,0%. O segundo é o modo tartaruga, na queda de 5,5% para 5%, que limita brutalmente a resposta do acelerador (em cruise control, a condução não é afectada). E o terceiro é dos 3,5% para 3%, quando desaparece a indicação de autonomia (que estaria nos 4-6km) e é substituída por 3 tracinhos assustadores.

Quando o SoC é baixo, a tensão é baixa, e para obter a mesma potência teríamos de usar correntes cada vez maiores. Porque essas correntes ultrapassariam algum limite (demasiada corrente a sair da bateria), porque provocariam uma queda de tensão pela RI mais acentuada ultrapassando algum limite (tensão na bateria demasiado baixa), a potência disponível não pode ser a mesma do carro a 100%.

Vemos então que o BMS corta a potência disponível a partir dos 14,5%, sendo esse corte mais pronunciado para baixo dos 8,5% e mais ainda dos 3%.

Pelas razões opostas, tensão na bateria demasiado alta, etc, o carro é também obrigado a cortar a potência da regeneração dos 94,5% do SoC para cima.

Outro ponto interessante também é os 3,92V por célula. Este ponto é referido por vezes como o ponto óptimo para o carregamento, uma vez que a vida da bateria aumenta muito quanto menos tempo permanece carregada, porém se não usarmos a carga toda, temos de a carregar mais vezes, o que também diminui a vida. Parece que este número 3,92V vem de estudos da NASA. Limito-me a citar o batteryuniversity.com. Então vemos que este ponto, 3,92V corresponde aos 80% do SoC em repouso. O facto de corresponder a 72% na curva de carga não é importante, porque após a carga a tensão vai descer.
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Re: The BMS Plots: Conhecer o IONIQ ao longo do SoC

Mensagem por VETL » 07 abr 2018, 14:33

Excelente trabalho.
Estou a gostar.
Obrigado pela partilha.
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Re: The BMS Plots: Conhecer o IONIQ ao longo do SoC

Mensagem por migle » 07 abr 2018, 14:37

E a histerese? É a componente capacitiva da RI?
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Re: The BMS Plots: Conhecer o IONIQ ao longo do SoC

Mensagem por mjr » 07 abr 2018, 17:49

Sobre a histerese, ela tem 2 componentes. Um é a resistência interna ao impulso que já foi calculada. A outra deve ter a ver com as reações químicas que com a carga/descarga contínua precisam de um empurrão extra (mais tensão) para continuar ao mesmo ritmo. No entanto, se não estiver a pensar mal, a histerese que vemos nos gráficos constitui perdas efectivas de energia sobre a forma de calor, pois se entram x kW.h e saem 95% de x kW.h, por exemplo, o restante tem de ser dissipado sobre a forma de calor.

Curioso como ele corta a potência logo desde o aviso de bateria baixa. No Leaf isso só acontece muito perto do fim, lembro-me que no meu Leaf quando novo a potência máxima era mantida até a tartaruga. No Leaf 2 40 pelo menos até aparecerem os 3 tracinhos no SOC a potência máxima (120kW da bateria) estava disponível.
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Re: The BMS Plots: Conhecer o IONIQ ao longo do SoC

Mensagem por migle » 07 abr 2018, 18:17

Pois, o Ioniq não tem reserva. Não vou levá-lo aos 0% mas pelo que se vê, ao atingir os 0% já pouco falta para o carro parar. Então essas coisas são antes... e a ordem dos avisos é diferente...

Quando se faz aquela aproximação, modelo de Randles, aquilo já resulta em histerese, não é? Talvez se pudesse medir esta segunda resistência e condensador pelo tempo de subida da tensão. As minhas várias curvas de carga normal sobrepõem-se muito bem, excepto que no ponto inicial se vê a subida desde a tensão em repouso até à tensão a carregar. Dá para tirar este tempo.

EDIT: Eu demoro um bocado a raciocinar com condensadores. Não sou electrotécnico. Tive teoria dos circuitos, mas quem não usa na prática...
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Re: The BMS Plots: Conhecer o IONIQ ao longo do SoC

Mensagem por mjr » 07 abr 2018, 18:34

Eu acho que não dá para modelar o comportamente de uma bateria com componentes lineares, pois há processos químicos complexos muito dependentes da temperatura, SOC, corrente, etc, de uma maneira não linear.
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Re: The BMS Plots: Conhecer o IONIQ ao longo do SoC

Mensagem por migle » 07 abr 2018, 19:15

Linear em que sentido? No sentido técnico ou em linguagem comum? O modelo de Randles, com um condensador, já não é linear.
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Re: The BMS Plots: Conhecer o IONIQ ao longo do SoC

Mensagem por mjr » 07 abr 2018, 19:44

No sentido que uma onda sinusoidal de entrada no circuito tem como saída uma onda sinusoidal.

Tens aqui um artigo interessante sobre vários modelos equivalentes para Li Ion:

https://pdfs.semanticscholar.org/d617/6 ... 033589.pdf
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