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为什么电池无法准确测量充电状态

2018-11-29   点击量:348

测量电化学装置(例如电池)中的存储能量是复杂的,并且燃料表上的充电状态(SoC)读数仅提供粗略估计。用户经常将电池SoC与车辆的电量计进行比较。计算罐中的流体很简单,因为液体是有形的实体;电池充电状态不是。存储在电池中的能量也不能量化,因为诸如负载电流和工作温度之类的预测条件会影响其释放。温暖时电池效果最佳;性能在寒冷时会受到影响。此外,电池因老化会损失容量。


目前的燃油表技术充满了局限性,当新iPad的用户认为燃油表的100%充电也应该与充满电的电池相关时,就会出现这种情况。这并非总是如此,用户抱怨电池只有90%。


用于iPad,智能手机和笔记本电脑的现代燃油表通过库仑计数和电压比较读取SoC。复杂性在于在使用电池时管理这些变量。施加电荷或放电就像橡皮筋一样,向上或向下拉电压,使得计算的SoC读数毫无意义。在开路状态下,与测量裸电池的情况一样,可以使用电压基准;但温度和电池寿命会影响读数。作为SoC参考的开路端子电压仅在包括这些环境条件并且允许电池在测量之前休息几小时时才是可靠的。


在iPad的情况下,燃料表和真正的电池SoC之间10%的差异对于消费产品是可接受的。使用时准确度可能会进一步下降,并且根据自学习算法的有效性,电池老化可能会使误差再增加20-30%。到这个时候,用户已经习惯了设备的怪癖,并且奇怪的是被遗忘或被接受。虽然运行时间的差异仅对临时用户造成轻微不便,但工业应用(例如电动车辆中的电动动力系统)将需要更好的系统。工作正在进行中,这些发展可能有一天也会使消费产品受益。


库仑计数是当今燃油表的核心。该理论可以追溯到查尔斯-奥古斯丁·德库仑(Charles-AugustindeCoulomb)首次建立"库仑规则"(CoulombRule)的250年。它的工作原理是测量流入和流出的流动。库仑计数也会产生错误;流出的能量总是小于流入的能量。充电接受效率低,特别是在充电结束时,跟踪误差,以及放电期间的损耗和存储期间的自放电都会导致这种情况。通过完全充电/放电的自学习和定期校准确保了大多数人可以忍受的准确性。

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钜大特种电池工程研究院

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