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[分享]电量显示准吗?电池:其实我也是蒙的

助工
2020-06-02 14:42:19    评分

 讲极化的时候谈到了一个“虚电”的说法,也就是电池看上去已经充满了,但实际上使用过程中,有一部分电量特别不耐用,是虚的。尤其容易发生在早期的快充之后,这也给人留下了快充会导致虚电,快充会损害电池这样的固有印象。

而反过来,有时候也会遇到一节电池看上去被用完了,但充分静置足够时间之后,还能继续使用一段时间,比如以前手机没电关机,放一会儿之后又能开机。另外,当小时候的遥控车跑不了之后,拆下电池还可以放到遥控器里用很久。电池究竟有多少电,还能算的清楚吗?

因为电池极化的存在,快充固然需要背锅,但我们也已经介绍了许多快充方法来消除极化的影响。那么其余的锅该分给谁呢?电池管理芯片中的电量估算模块已经稳稳的接好了。谁让他是靠“蒙”的呢。

对,没错,其实你的车也好,手机也好,上边显示的100%、50%的电量全都是蒙出来的。毕竟电池可不会自动告诉你现在还有多少电。甚至剩余电量这件事都有好多不同指标来描述。

★SOC、SOE、剩余电量不是一回事
我们知道,电池是储存电能的装置,它的容量我们一般用Ah安时或者mAh毫安时来表示,学过初中物理的我们知道,电流乘以时间是电量,单位为C库伦,1(Ah)=1(A)*3600(s)=3600(C))。但是,如果我们说这块电池还有10Ah的电,往往会让人一脸懵逼,因此,我们一般不以剩余电量来标识电池里还有多少电。

因此,我们将剩余电量转化为百分比的形式:SOC,State of Charge荷电状态。

不是这个SOC不是这个SOC

 

对于电池,SOC的定义是电池剩余电量与电池最大容量之比。说安时不明白,说电量还有60%就很清楚了。因此SOC使用较为广泛。

虽然SOC在标识电池电量上最为常用,但它的局限在于不能表示能量,我们使用手机也好,电动车行驶,实际消耗的是能量,而非电池里的荷电量,W=UQ,初中我们就知道,电压乘以电荷量才是能量。电池放出同样的电量,SOC从80%降到50%,如果放电电压不同,实际放出的能量也不一样,而由于电池内阻存在,放电电流损耗在内阻上的电压也大,对外放电的电压越低,放出的能量越少。因此,SOE能量状态(电池剩余的能量)是最实用的,其计算也是最困难的,尤其是电动车,毕竟未来的工况是未知的,放电的电流电压都是未知的。

★SOC怎么“蒙”
电池中究竟有多少电是无法直接测量获得的,只能测量电压和电流,再通过计算(估计)的方式获得。所以,SOC的100%和0%也是人为定义的。就像我们用万用表测量5/7号电池电压来判断电池有没有电一样,车企也会给电池定义充电截至电压和放电截至电压。以小电流,注意是小电流,充电至充电截止电压代表电池充满,SOC=100%,以小电流放电至放电截止电压代表电池没电了,SOC=0%。

这两个电压是处于电池安全、寿命、容量以及用电器的工作电压电流范围综合考虑决定的。并不代表SOC=100%时就充不进电了,SOC=0%时也不意味着电池里一点电都没有了。就像小时候四驱车上用不了的电池还能放进遥控器里继续用。

满电和空电明确了,那么中间部分该怎么划分呢?基础的方法有两种:电荷累积法与开路电压法。

☆电荷累积法(安时法)

假设我们知道电池的总容量,统计使用过程中的电流情况,对其进行积分:

便获得了使用(包括充、放电)过程中总电量,将初始容量减去使用掉的容量,便是剩余容量。

☆电荷累积法存在三个问题:

1.对初始值的依赖性。电荷累积法需要知道一个初始值,比如电池的最大容量。但是电池的最大容量有多少?注意我们平时用的手机电池,额,看不到,那看看充电宝,上边容量一般会标注两个值:典型值和最小值。就像CPU有体质差异,体质好的超频杠杠的,体质差的一超就报废。电池也有个体差异,比如设计容量3000mAh,体质好的有3100mAh ,体质差的只有2900mAh,因此厂商会标注最小与平均(典型值)。如果没有算法及传感器单独对具体的电池进行评测优化,SOC的分母使用了典型值或者最小值,那数据就有偏差,甚至可能算出比100%更大的数。

2.累积误差不可忽视。误差来源很多,传感器精度有限,采样频率低、信号干扰等等都会使电流传感器的测量值产生一定的失真。并且积分是个理想情况,而实际上,电流传感器采集的是离散数据,久而久之,误差日积月累不可忽视。

消除误差的方法也有,比如将电池完全充满,或者完全放光,但在实际电动车的使用中,缺少实用性。最大容量需要单独测量,而完全放光则可能损坏电池及车辆。

3.不能应对电池的自放电。同样是个日积月累也不可避免的问题,自放电电流小,电流传感器无法准确测量,并且熄火后,电池管理系统不工作,监测也就无从谈起。

☆开路电压法

电池电量越多,电动势越高,可以认为电量与电动势之间存在单调关系, SOC与电池电动势一一对应。电池的电动势无法测量,但一般认为电池外电路开路,电流为零的情况下测得的开路电压即为电池电动势,因此可以通过SOC-EMF(电池电动势)曲线来确定电池SOC情况。而这条曲线则可以通过试验测试得到。

就像我们用万用表测电池电压来判断电池电量情况就像我们用万用表测电池电压来判断电池电量情况





关键词: 电量     显示     电池     电流    

工程师
2020-06-02 23:17:23    评分
2楼

其实还是有点难度的


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