锂电池管理系统的研究与实现 — 锂电池的原理特性及剩余电量研究
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式中:CQ是电池的剩余能量,0C为电池标称容量,即在规定电流和温度下处于理想状态时的所能放出的容量。通常把一定温度下电池充电到不能再吸收能量的状态定义为荷电状态100%,而将电池再不能放出能量的状态定义为荷电状态0% 。
蓄电池的放电过程是个复杂的电化学变化过程,蓄电池的剩余容量受到电池温度、放电率、自放电、充放电循环次数等多种因素的影响,使得对于剩余容量的估算十分困难。当电池放电时,以下的一些因素将会给电池的实际剩余容量带来主要的影响。
(1)放电率。放电电流直接影响放电终止电压。在规定的放电终止电压下,放电电流越大,电池所能放出的电量越小。
(2)电池温度对容量的影响。电池温度对其容量影响较大。这是因为随着电池温度升高,极板活性物质的化学反应逐步改善,因此放电时较高的电池温度会使电池放出更多的电量。
但充电时过高的温度会使更多的氧气析出,电极电压更容易达到最大值,反而会降低充电效果。
(3)自放电率。电池在贮存期间,由于电池内杂质的作用,如正极活性的金属离子与负极活性物质组成微电池,发生负极金属溶解与氢气析出。又如溶液中从正极板溶解的杂质,若其标准电极电位介于正极与负极标准电极电位之间,则会被正极氧化,又会被负极还原。
所以有害杂质的存在,使正极和负极的活性物质被逐渐消耗,从而造成电池容量损失,这种现象称为自放电。
(4)寿命。电池经历一次充电和放电称为一次循环或一个周期。在一定放电条件下电池工作至某一规定容量值之前,电池所能承受的循环次数,称为循环寿命。对于锂离子电池,随电池寿命的变化,电池容量也会发生变化。
2.2剩余容量估计常用方法
简介在剩余容量估计中常用的方法一般有:
1.开路电压测量法。
利用电池的开路电压与电池放电深度的对应关系,通过测量电池的开路电压来估算SOC.对于锂离子电池其开路电压与它的SOC有一定的正比关系,可以用这种方法较为直接的得到电池的SOC.开路电压法比较简单,但是充放电进行的过程中开路电压是无法检测到的,因此这种方法不能用于动态估算电池的SOC。
2.电量累积法(安时积分法)。
电量累积法的直观表达式是:蓄电池的剩余电量=(总电量)-(已放出的电量)。这里,我们不用去研究相对较为复杂的电化学反应及电池内部各参数之间的关系,而把电池看作为一个封闭系统,仅关注系统的外部特征。这样,在电量监测中,将进出电池这个封闭系统的电量进行累加,通过累积电池在充电或放电过程中的电量来估测电池的SOC.同时,根据电池的温度、放电率对SOC进行补偿。放电容量和放电电流是密切相关的,当电池以某一电流放电到截止电压后,并不意味着剩余容量已经为零,此时,如果改用稍小的电流继续放电,则仍能放出一部分的电量,所以在提供剩余容量预测的同时必须给出放电电流的大小。电量累计法(安时积分法)采用积分法实时计算充入电池和从电池放出的电量,对电池的电量进行长时间的记录和监测,这样可以和满电量进行任意时刻下的比较,从而就能得到对应于该时刻的剩余电量。该方法实现起来较简单,
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