簡單介紹鋰電池的一些電量計(jì)算方法
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-02-19 09:23
點(diǎn)擊量：次
2.1 電量計(jì)功能簡介
電池管理可視為是電源管理的一部分。電池管理中，電量計(jì)是負(fù)責(zé)估計(jì)電池容量。其基本功能為監(jiān)測電壓，充電/放電電流和電池溫度，并估計(jì)電池荷電狀態(tài)(SOC)及電池的完全充電容量(FCC)。有兩種典型估計(jì)電池荷電狀態(tài)的方法：開路電壓法(OCV)和庫侖計(jì)量法。另一種方法是由RICHTEK所設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)電壓算法。
2.2 開路電壓法
用開路電壓法的電量計(jì)，其實(shí)現(xiàn)方法較容易，可借著開路電壓對(duì)應(yīng)荷電狀態(tài)查表而得到。開路電壓的假設(shè)條件是電池休息約超過30分鐘時(shí)的電池端電壓。
不同的負(fù)載，溫度，及電池老化情況下，電池電壓曲線也會(huì)有所不同。所以一個(gè)固定的開路電壓表無法完全代表荷電狀態(tài);不能單靠查表來估計(jì)荷電狀態(tài)。換言之，荷電狀態(tài)若只靠查表來估計(jì)，誤差將會(huì)很大。
放電時(shí)不同負(fù)載之下，荷電狀態(tài)的差異也是很大。所以基本上，開路電壓法只適合對(duì)荷電狀態(tài)準(zhǔn)確性要求低的系統(tǒng)，像汽車使用鉛酸電池或不間斷電源等。
2.3 庫侖計(jì)量法
庫侖計(jì)量法的操作原理是在電池的充電/放電路徑上的連接一個(gè)檢測電阻。ADC量測在檢測電阻上的電壓，轉(zhuǎn)換成電池正在充電或放電的電流值。實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器(RTC)則提供把該電流值對(duì)時(shí)間作積分，從而得知流過多少庫倫。
庫侖計(jì)量法可精確計(jì)算出充電或放電過程中實(shí)時(shí)的荷電狀態(tài)。藉由充電庫侖計(jì)數(shù)器和放電庫侖計(jì)數(shù)器，它可計(jì)算剩余電容量 (RM)及完全充電容量(FCC)。同時(shí)也可用剩余電容量(RM) 及完全充電容量 (FCC) 來計(jì)算出荷電狀態(tài)，即 (SOC = RM / FCC)。此外，它還可預(yù)估剩余時(shí)間，如電力耗竭(TTE)和電力充滿(TTF)。
主要有兩個(gè)因素造成庫倫計(jì)量法準(zhǔn)確度偏差。第一是電流感測及ADC量測中偏移誤差的累積。雖然以目前的技術(shù)此量測的誤差還算小，但若沒有消除它的好方法，則此誤差會(huì)隨時(shí)間增加而增加。下圖顯示了在實(shí)際應(yīng)用中，如果時(shí)間持續(xù)中的未有任何的修正，則累積的誤差是無上限的。
為消除累積誤差，在正常的電池操作中有三個(gè)可能可使用的時(shí)間點(diǎn)：充電結(jié)束(EOC)，放電結(jié)束(EOD)和休息(Relax)。充電結(jié)束條件達(dá)到表示電池已充滿電且荷電狀態(tài)(SOC)應(yīng)為100%。放電結(jié)束條件則表示電池已完全放電，且荷電狀態(tài)(SOC)應(yīng)該為0%;它可以是一個(gè)絕對(duì)的電壓值或者是隨負(fù)載而改變。達(dá)到休息狀態(tài)時(shí)，則是電池?cái)麤]有充電也沒有放電，而且保持這種狀態(tài)很長一段時(shí)間。若使用者想用電池休息狀態(tài)來作庫侖計(jì)量法的誤差修正，則此時(shí)必須搭配開路電壓表。下圖顯示了在上述狀態(tài)下的荷電狀態(tài)誤差是可以被修正的。
造成庫倫計(jì)量法準(zhǔn)確度偏差的第二主要因素是完全充電容量(FCC)誤差，它是由電池設(shè)計(jì)容量的值和電池真正的完全充電容量的差異。完全充電容量(FCC) 會(huì)受到溫度，老化，負(fù)載等因素影響。所以，完全充電容量的再學(xué)習(xí)和補(bǔ)償方法對(duì)庫侖計(jì)量法是非常關(guān)鍵重要的。
2.4 動(dòng)態(tài)電壓算法電量計(jì)
動(dòng)態(tài)電壓算法電量計(jì)僅根據(jù)電池電壓即可計(jì)算鋰電池的荷電狀態(tài)。此法是根據(jù)電池電壓和電池的開路電壓之間的差值，來估計(jì)荷電狀態(tài)的遞增量或遞減量。動(dòng)態(tài)電壓的信息可以有效地仿真鋰電池的行為，進(jìn)而決定荷電狀態(tài)SOC(%)，但此方法并不能估計(jì)電池容量值(mAh)。
它的計(jì)算方式是根據(jù)電池電壓和開路電壓之間的動(dòng)態(tài)差異，借著使用迭代算法來計(jì)算每次增加或減少的荷電狀態(tài)，以估計(jì)荷電狀態(tài)。相較于庫侖計(jì)量法電量計(jì)的解決方案，動(dòng)態(tài)電壓算法電量計(jì)不會(huì)隨時(shí)間和電流累積誤差。庫侖計(jì)量法電量計(jì)通常會(huì)因?yàn)殡娏鞲袦y誤差及電池自放電而造成荷電狀態(tài)估計(jì)不準(zhǔn)。即使電流感測誤差非常小，庫侖計(jì)數(shù)器卻會(huì)持續(xù)累積誤差，而所累積的誤差只有在完全充電或完全放電才能消除。
動(dòng)態(tài)電壓算法電量計(jì)僅由電壓信息來估計(jì)電池的荷電狀態(tài);因?yàn)樗皇怯呻姵氐碾娏餍畔砉烙?jì)，所以不會(huì)累積誤差。若要提高荷電狀態(tài)的精確度，動(dòng)態(tài)電壓算法需要用實(shí)際的裝置，根據(jù)它在完全充電和完全放電的情況下，由實(shí)際的電池電壓曲線來調(diào)整出一優(yōu)化的算法的參數(shù)。
下面是動(dòng)態(tài)電壓算法在不同放電速率條件下，荷電狀態(tài)的表現(xiàn)。由圖可知，它的荷電狀態(tài)精確度良好。不論是在C/2，C/4，C/7和C/10等的放電條件下，此法整體的荷電狀態(tài)誤差都小于3%。
相較于庫侖計(jì)量法電量計(jì)通常會(huì)因?yàn)殡娏鞲袦y誤差及電池自放電而造成荷電狀態(tài)的不準(zhǔn)的情形，動(dòng)態(tài)電壓算法它不會(huì)隨時(shí)間和電流累積誤差，這是一個(gè)大優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)闆]有充/放電電流的信息，動(dòng)態(tài)電壓算法在短期精確度上較差，且反應(yīng)時(shí)間較慢。此外，它也無法估計(jì)完全充電容量。然而，它在長期精確度上卻表現(xiàn)良好，因?yàn)殡姵仉妷鹤罱K會(huì)直接反應(yīng)它的荷電狀態(tài)。
