鋰電池管理系統(tǒng)的研究與實(shí)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(biāo)稱容量，即在規(guī)定電流和溫度下處于理想狀態(tài)時(shí)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(guò)程是個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)變化過(guò)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(duì)于剩余容量的估算十分困難。當(dāng)電池放電時(shí)，以下的一些因素將會(huì)給電池的實(shí)際剩余容量帶來(lái)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(duì)容量的影響。電池溫度對(duì)其容量影響較大。這是因?yàn)殡S著電池溫度升高，極板活性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)逐步改善，因此放電時(shí)較高的電池溫度會(huì)使電池放出更多的電量。

但充電時(shí)過(guò)高的溫度會(huì)使更多的氧氣析出，電極電壓更容易達(dá)到最大值，反而會(huì)降低充電效果。

(3)自放電率。電池在貯存期間，由于電池內(nèi)雜質(zhì)的作用，如正極活性的金屬離子與負(fù)極活性物質(zhì)組成微電池，發(fā)生負(fù)極金屬溶解與氫氣析出。又如溶液中從正極板溶解的雜質(zhì)，若其標(biāo)準(zhǔn)電極電位介于正極與負(fù)極標(biāo)準(zhǔn)電極電位之間，則會(huì)被正極氧化，又會(huì)被負(fù)極還原。

所以有害雜質(zhì)的存在，使正極和負(fù)極的活性物質(zhì)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(gè)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(duì)于鋰離子電池，隨電池壽命的變化，電池容量也會(huì)發(fā)生變化。

2.2剩余容量估計(jì)常用方法

簡(jiǎn)介在剩余容量估計(jì)中常用的方法一般有：

1.開(kāi)路電壓測(cè)量法。

利用電池的開(kāi)路電壓與電池放電深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)測(cè)量電池的開(kāi)路電壓來(lái)估算SOC.對(duì)于鋰離子電池其開(kāi)路電壓與它的SOC有一定的正比關(guān)系，可以用這種方法較為直接的得到電池的SOC.開(kāi)路電壓法比較簡(jiǎn)單，但是充放電進(jìn)行的過(guò)程中開(kāi)路電壓是無(wú)法檢測(cè)到的，因此這種方法不能用于動(dòng)態(tài)估算電池的SOC。

2.電量累積法(安時(shí)積分法)。

電量累積法的直觀表達(dá)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(duì)較為復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)及電池內(nèi)部各參數(shù)之間的關(guān)系，而把電池看作為一個(gè)封閉系統(tǒng)，僅關(guān)注系統(tǒng)的外部特征。這樣，在電量監(jiān)測(cè)中，將進(jìn)出電池這個(gè)封閉系統(tǒng)的電量進(jìn)行累加，通過(guò)累積電池在充電或放電過(guò)程中的電量來(lái)估測(cè)電池的SOC.同時(shí)，根據(jù)電池的溫度、放電率對(duì)SOC進(jìn)行補(bǔ)償。放電容量和放電電流是密切相關(guān)的，當(dāng)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(shí)，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(yù)測(cè)的同時(shí)必須給出放電電流的大小。電量累計(jì)法(安時(shí)積分法)采用積分法實(shí)時(shí)計(jì)算充入電池和從電池放出的電量，對(duì)電池的電量進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的記錄和監(jiān)測(cè)，這樣可以和滿電量進(jìn)行任意時(shí)刻下的比較，從而就能得到對(duì)應(yīng)于該時(shí)刻的剩余電量。該方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)較簡(jiǎn)單，