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充电状态

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充电状态(SoC)是电池相对于其容量的充电水平。充电状态的单位是百分比(0%=空; 100%=满)。相同度量的另一种形式是放电深度(DoD),即SoC的倒数(100%=空; 0%=满)。在讨论使用中的电池的当前状态时,通常使用充电状态,而在讨论重复使用后的电池寿命时,通常会看到DoD。

在电池电动汽车(BEV),混合动力汽车(HV)或插电式混合动力汽车(PHEV)中,电池组的SoC相当于电量计。值得一提的是,在任何车辆仪表板上,特别是在插电式混合动力汽车中,以电量表或百分数值表示的充电状态可能无法代表实际的充电水平。在这种特定情况下,存储在能量的一些明显的量电电池在仪表板中未示出,并且它被保留用于混合工作操作。它允许车辆主要使用电池能量通过电动机进行加速,而发动机用作发电机,以将电池充电至此类操作所需的最低电量。这种汽车的例子是三菱欧蓝德PHEV(所有版本/年的生产年份),其中向驾驶员提供的充电状态的0%是实际充电水平的20-22%(假设零水平是允许的最低充电水平)汽车制造商。另一个是BMW i3 REX(Range Extender版本),其中大约6%的SOC保留用于类似PHEV的操作。

充电状态

确定充电状态

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通常,无法直接测量充电状态,但是可以通过两种方式从直接测量变量进行估算:离线和在线。在离线技术中,电池希望以恒定速率(例如库仑计数)进行充电和放电。这种方法可以精确估算电池充电状态,但是它们耗时长,成本高并且会中断主电池性能。因此,研究人员正在寻找一些在线技术。通常,有五种间接确定充电状态的方法:

  • 化学的
  • 电压
  • 当前整合
  • 卡尔曼滤波
  • 压力

化学方法

此方法仅适用于可接触液体电解质的电池,例如非密封铅酸电池。的比重或pH值的电解质可被用于指示电池的SOC。

比重计用于计算电池的比重。为了找到比重,有必要测量出电解液的体积并称重。然后通过(电解液质量[g] /电解液体积[ml])/(水的密度,即1g / 1ml)给出比重。为了从比重中找到充电状态,需要查找SG vs SoC的表格。

最近,浸没折光法已被证明是一种连续监测荷电状态的可行方法。电池电解质的折射率与电池的比重或密度直接相关。

电压法

此方法使用已知的电池放电曲线(电压与SoC的关系)将电池电压的读数转换为SoC。但是,电压受电池电流(由于电池的电化学 动力学)和温度的影响更大。通过用与电池电流成比例的校正项补偿电压读数,以及使用电池开路电压与温度的对照表,可以使该方法更加准确。

实际上,电池设计的既定目标是无论SoC如何都提供尽可能恒定的电压,这使得该方法难以应用。

当前的整合方法

这种方法也称为“库仑计数”,它通过测量电池电流并及时积分来计算SoC 。由于无法完美地进行测量,因此该方法会长期漂移且缺乏参考点:因此,必须定期对SoC进行重新校准,例如,当充电器确定出现以下情况时,将SoC重置为100%:电池已充满电(使用此处介绍的其他方法之一)。

组合方法

Maxim Integrated吹捧一种结合了电压和电荷的方法,该方法被认为优于任何一种方法。它是在其ModelGauge m3系列芯片中实现的,例如Nexus 6和Nexus 9 Android设备中使用的MAX17050。

卡尔曼滤波

为了克服电压法和电流积分法的缺点,可以使用卡尔曼滤波器。可以使用电模型对电池建模,卡尔曼滤波器将使用该电模型来预测由于电流引起的过电压。结合库仑计数,它可以对电荷状态做出准确的估计。卡尔曼滤波器的优势在于它能够实时调整对电池电压的信任度和库仑计数。

压力法

该方法可用于某些镍电池,当电池充电时,其内部压力会迅速增加。更常见的是,压力开关指示电池是否充满电。通过考虑作为充电/放电速率或安培的函数的Peukert定律可以改进该方法。


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词条目录
  1. 充电状态
  2. 确定充电状态
  3. 化学方法
  4. 电压法
  5. 当前的整合方法
  6. 组合方法
  7. 卡尔曼滤波
  8. 压力法

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