鋰電池管理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) — 鋰電池的原理特性及剩余電量研究
式中:CQ是電池的剩余能量,0C為電池標稱容量,即在規(guī)定電流和溫度下處于理想狀態(tài)時的所能放出的容量。通常把一定溫度下電池充電到不能再吸收能量的狀態(tài)定義為荷電狀態(tài)100%,而將電池再不能放出能量的狀態(tài)定義為荷電狀態(tài)0% 。
蓄電池的放電過程是個復雜的電化學變化過程,蓄電池的剩余容量受到電池溫度、放電率、自放電、充放電循環(huán)次數(shù)等多種因素的影響,使得對于剩余容量的估算十分困難。當電池放電時,以下的一些因素將會給電池的實際剩余容量帶來主要的影響。
(1)放電率。放電電流直接影響放電終止電壓。在規(guī)定的放電終止電壓下,放電電流越大,電池所能放出的電量越小。
(2)電池溫度對容量的影響。電池溫度對其容量影響較大。這是因為隨著電池溫度升高,極板活性物質的化學反應逐步改善,因此放電時較高的電池溫度會使電池放出更多的電量。
但充電時過高的溫度會使更多的氧氣析出,電極電壓更容易達到最大值,反而會降低充電效果。
(3)自放電率。電池在貯存期間,由于電池內雜質的作用,如正極活性的金屬離子與負極活性物質組成微電池,發(fā)生負極金屬溶解與氫氣析出。又如溶液中從正極板溶解的雜質,若其標準電極電位介于正極與負極標準電極電位之間,則會被正極氧化,又會被負極還原。
所以有害雜質的存在,使正極和負極的活性物質被逐漸消耗,從而造成電池容量損失,這種現(xiàn)象稱為自放電。
(4)壽命。電池經(jīng)歷一次充電和放電稱為一次循環(huán)或一個周期。在一定放電條件下電池工作至某一規(guī)定容量值之前,電池所能承受的循環(huán)次數(shù),稱為循環(huán)壽命。對于鋰離子電池,隨電池壽命的變化,電池容量也會發(fā)生變化。
2.2剩余容量估計常用方法
簡介在剩余容量估計中常用的方法一般有:
1.開路電壓測量法。
利用電池的開路電壓與電池放電深度的對應關系,通過測量電池的開路電壓來估算SOC.對于鋰離子電池其開路電壓與它的SOC有一定的正比關系,可以用這種方法較為直接的得到電池的SOC.開路電壓法比較簡單,但是充放電進行的過程中開路電壓是無法檢測到的,因此這種方法不能用于動態(tài)估算電池的SOC。
2.電量累積法(安時積分法)。
電量累積法的直觀表達式是:蓄電池的剩余電量=(總電量)-(已放出的電量)。這里,我們不用去研究相對較為復雜的電化學反應及電池內部各參數(shù)之間的關系,而把電池看作為一個封閉系統(tǒng),僅關注系統(tǒng)的外部特征。這樣,在電量監(jiān)測中,將進出電池這個封閉系統(tǒng)的電量進行累加,通過累積電池在充電或放電過程中的電量來估測電池的SOC.同時,根據(jù)電池的溫度、放電率對SOC進行補償。放電容量和放電電流是密切相關的,當電池以某一電流放電到截止電壓后,并不意味著剩余容量已經(jīng)為零,此時,如果改用稍小的電流繼續(xù)放電,則仍能放出一部分的電量,所以在提供剩余容量預測的同時必須給出放電電流的大小。電量累計法(安時積分法)采用積分法實時計算充入電池和從電池放出的電量,對電池的電量進行長時間的記錄和監(jiān)測,這樣可以和滿電量進行任意時刻下的比較,從而就能得到對應于該時刻的剩余電量。該方法實現(xiàn)起來較簡單,
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