Soc的状态可以被定义为电池提供电能,通常表示为一个百分比。因为可用的电能随充放电电流、温度、和老化现象,电荷状态的定义也分为两种类型:绝对的电荷状态;ASOC)和相对的电荷状态(相对国家f-charge;RSOC)。通常,相对电荷状态的范围是0% - 100%,而不是100%当电池完全充电时,0%的人完全放电。绝对的电荷状态是一个参考价值的计算设计固定的容量值,当电池制造。绝对的负责一个新的、完全充电电池是100%;岁的一个电池,即使完全充电,不会在不同充电和放电条件下达到100%。下图展示了在不同放电电压和电池容量之间的关系。放电率越高,电池容量越低。 When the temperature is low, the battery capacity also decreases.

图。1。电压和容量之间的关系在不同放电率和温度

1。2最大充电电压
最大充电电压与电池的化学成分和特征。三元锂离子电池的充电电压(NMC)通常是4.2 v和4.35 v,但电压值将随阴极和阳极垫试验。

1。3完全充电

电池可能是完全充电,当电池电压之间的差异和最大充电电压小于100 mv和电荷电流降低C / 10。完全充电的条件取决于电池的特点。
下图显示了一个典型的锂离子电池的充电特性。当电池电压等于最大充电电压和充电电流降低C / 10,电池被认为是完全充电。

图2。锂电池的充电特性曲线

1。4最低放电电压(迷你放电电压)

最低的放电电压可以被定义为截止放电电压,通常0%的电压。这个电压值不是一个固定值,而是随负荷、温度、老化或其他。

1。5完全放电
当电池电压小于或等于最低放电电压,它可以完全放电。

1。6充放电R吃(C-Rate)
充电/放电率的表示充电/放电电流相对于电池容量。例如,如果你在1 c放电电池一小时,理想情况下,电池将完全放电。不同的充电和放电率将导致不同的可用能力。一般来说,充电和放电率越高,可用容量越小。

1为循环寿命
周期的数量是一个电池的次数已经完全充电和放电,可估计与实际放电容量和设计能力。每次累积放电容量等于设计容量,循环的数量。通常在500年之后充电和放电周期,完全充电电池的能力将下降10%到20%。

图3。c的循环次数之间的关系和电池容量

1。8自放电
所有电池的自放电随温度增加。自放电不是一个制造缺陷,但电池本身的特征。然而,在生产过程中,处理不当也会导致自放电的增加。一般来说,自放电率双打每10°C电池温度的增加。锂离子电池的自放电率大约是每月1 ~ 2%,而镍电池每月10 ~ 15%。

图4性能锂电池的自放电率在不同的温度下

2。引入电池电量计

2。1函数引入电量计

电池管理可以被认为是电源管理的一部分。在电池管理,电量计负责估算电池的容量。它的基本功能可以监控电压,充电/放电电流、电池温度,估计电荷状态(SOC)的电池和电池的全负荷能力(FCC)。有两种典型的方法来估计电池的SOC:开路电压法和库仑法(缴纳)。另一种方法是动态电压RICHTEK设计的算法。

2。2开路电压的方法
开路电压法的电量计,它的实现方法是容易的,可以通过相对应的开路电压电荷通过查找表的状态。假定条件下的开路电压电池端电压当电池休息超过30分钟。

电池电压曲线为不同的负载会有所不同,温度,和电池老化条件。因此,固定开路电压表不能完全代表电荷状态;电荷状态不能估计仅仅通过查找表。换句话说,如果充电的状态估计只有通过查找表,这个错误将是巨大的。下图显示了相同的电池电压充电和放电分别和SOC开路电压法获得的千差万别。

从下图可以看到,还有一个大的差异在放电电荷在不同负载下的状态。基本上,开路电压法只适合系统要求较低的电荷状态的准确性,如铅酸电池或不间断电源用于汽车。

消除累积误差,有三个可能的时间点在正常电池操作:电荷(转换端),放电(爆炸品处理),和其他(放松)。end-of-charge条件表明,电池完全充电和SOC应该是100%。的end-o f-charge条件表明,电池完全放电和充电的状态(SOC)应该是0%。它可以是一个绝对的电压值或随负载。当它达到静止状态,电池不充电或放电和保持很长一段时间。如果用户想要使用的休息状态电池库仑测量误差修正,必须配备一个开路的电压表。下图显示充电状态的错误可以纠正在上面的状态。


2。3 C oulomb m easurement方法
库仑法操作通过连接一个电阻检测电池的充电/放电路径。ADC措施检测电阻的电压,它可以转化为当前值的电池正在充电或放电。实时计数器(RTC)提供了不可或缺的当前值与时间知道有多少库仑流过。

图7。库仑计量的基本工作模式

库仑测量方法可以实时准确地计算电荷状态在充电或放电的过程。利用电荷库仑计数器和放电库仑计数器,剩下的能力(RM)和全负荷能力(FCC)可以计算。同时,剩余容量(RM)和完全充电容量(FCC)也可以用来计算电荷状态,即(SOC = RM / FCC)。此外,它还可以估计剩余时间,如功率损耗(TTE)和全负荷(TTF)。

两个主要因素导致库仑测量方法的精度偏差。第一个是弥补错误的积累在电气和ADC测量。虽然目前的技术测量误差相对较小,如果没有好的方法来消除它,误差会随着时间的推移增加。下图显示了在实践中如果没有校正随着时间的推移,没有上限的累积误差。

消除累积误差,有三个可能的时间点在正常电池操作:电荷(转换端),放电(爆炸品处理),和其他(放松)。end-of-charge条件表明,电池完全充电和SOC应该是100%。的end-o f-charge条件表明,电池完全放电和充电的状态(SOC)应该是0%。它可以是一个绝对的电压值或随负载。当它达到静止状态,电池不充电或放电和保持很长一段时间。如果用户想要使用的休息状态电池库仑测量误差修正,必须配备一个开路的电压表。下图显示充电状态的错误可以纠正在上面的状态。

第二个主要因素库仑测量的精度偏差(FCC)的满电容量误差,这之间的区别是电池的设计能力和价值的电池是真的完全充电容量。全负荷能力(FCC)会受到温度的影响,老化,负载,和其他因素。因此,完整的充电能力的再学习和补偿方法对库仑测量非常重要。下图显示充电状态错误的趋势当充满电容量高估和低估了。

2。4动态电压算法电量计
动态电压算法电量计可以计算锂电池的电荷状态完全基于电池电压。这种方法是基于电池电压之间的差异和电池的开路电压来估计增加或减少数量的电荷状态。动态电压信息可以有效地模拟锂电池的行为来确定SOC(%),但是这种方法不能估计电池容量(mAh)。

它是计算通过使用一个迭代算法来计算每增加或减少SOC基于动态差异电池电压和开路电压来估计SOC。库仑的解决方案相比,动态电压算法库仑计并不随着时间的推移积累错误和电流。库仑电量计通常是不准确的估计的电荷状态由于测量误差和电池的自放电。即使测量误差很小,库仑柜台继续积累的错误只能被完全充电或放电。

动态电压算法库仑计估计只有电压电池充电的状态信息。因为它不是估计电池的当前信息,它没有积累误差。改善电荷状态的准确性,动态电压算法需要使用一个真实的设备,根据实际的电池电压曲线在完全充电和完全放电条件调整参数的优化算法。

以下是动态电压算法的性能在不同的放电率。从图我们可以看到,它的电荷状态是准确的。不管C / 2的放电条件,C / 4 C / 7,和C / 10,该方法的整体状态误差小于3%。

下图显示充电状态的性能条件下电池的充电和放电。电荷状态的误差仍小,最大误差仅为3%。

图14所示。动态电压算法的性能在短的电池的充电和放电

与库仑电量计相比,这通常会导致不准确的充电状态,由于测量误差和电池的自放电,动态电压算法没有积累误差随时间和电流,这是一个很大的优势。因为没有充电/放电电流信息,在短期内动态电压算法精度差,而且响应时间慢。此外,它是无法估计全负荷能力。然而,它确实与长期表现良好的准确性,因为电池电压最终直接反映了其电荷状态。