Состояние заряда - State of charge

Состояние заряда (SoC) - уровень заряда электрическая батарея относительно его емкости. Единицы SoC - процентные точки (0% = пусто; 100% = полно). Альтернативной формой той же меры является глубина разряда (DoD), инверсия SoC (100% = пустой; 0% = полный). SoC обычно используется при обсуждении текущего состояния используемой батареи, в то время как DoD чаще всего встречается при обсуждении срока службы батареи после многократного использования.

В аккумулятор электромобиль (BEV), гибридный автомобиль (HV), или подключаемый гибрид электромобиль (PHEV), SoC для Аккумуляторная батарея эквивалентен Указатель уровня топлива. Важно отметить это состояние заряда, представленное в виде шкалы или процентного значения на любой приборной панели автомобиля, особенно в подключаемый гибрид транспортных средств, могут не соответствовать реальному уровню заряда. В этом конкретном случае некоторое заметное количество энергии, хранящейся в электрическая батарея не отображается на панели управления и зарезервирован для гибридная работа операции. Это позволяет транспортному средству разгоняться с помощью электродвигателя (ов), в основном используя энергию батареи, в то время как двигатель служит генератором, который используется для зарядки батареи до минимального уровня, необходимого для такой работы. Примерами таких автомобилей являются Mitsubishi Outlander PHEV (все версии / годы выпуска), где 0% уровня заряда, представленного водителю, представляет собой реальные 20-22% уровня заряда (при условии, что нулевой уровень является минимально допустимым уровнем заряда. производителем авто). Другой - BMW i3 REX (версия Range Extender), где около 6% SOC зарезервировано для операций, подобных PHEV.

Определение SoC

Обычно SoC нельзя измерить напрямую, но его можно оценить по переменным прямого измерения двумя способами: офлайн и онлайн. В автономных методах батарея хочет заряжаться и разряжаться с постоянной скоростью, такой как счет кулонов. Этот метод дает точную оценку SoC батареи, но он длительный, дорогостоящий и снижает производительность основной батареи. Поэтому исследователи ищут онлайн-методы.^[1] В целом существует пять методов косвенного определения SoC:^[2]^[3]

химический
Напряжение
текущая интеграция
Фильтрация Калмана
давление

Химический метод

Этот метод работает только с батареями, в которых есть доступ к жидкости. электролит, например, без запечатывания свинцово-кислотные батареи. В удельный вес или pH электролита может использоваться для обозначения SoC батареи.

Ареометры используются для расчета удельного веса батареи. Чтобы определить удельный вес, необходимо измерить объем электролита и взвесить его. Тогда удельный вес определяется как (масса электролита [г] / объем электролита [мл]) / (плотность воды, т.е. 1 г / 1 мл). Чтобы найти SoC по удельному весу, необходима справочная таблица SG и SoC.

Совсем недавно было показано, что иммерсионная рефрактометрия является жизнеспособным методом непрерывного мониторинга состояния заряда. Показатель преломления электролита батареи напрямую связан с удельным весом или плотностью электролита в элементе. Датчики, Том 22 № 1, стр. 10 января 2005 г., патент США 10,145,789

Метод напряжения

Этот метод преобразует показания батареи Напряжение на SoC, используя известную кривую разряда (напряжение в зависимости от SoC) батареи. Однако на напряжение более существенно влияет ток батареи (из-за электрохимический кинетика ) и температуры. Этот метод можно сделать более точным, если скомпенсировать показания напряжения с помощью поправочного члена, пропорционального току батареи, и с помощью справочной таблицы зависимости напряжения холостого хода батареи от температуры.

Фактически, заявленная цель конструкции батареи - обеспечить максимально постоянное напряжение независимо от SoC, что затрудняет применение этого метода.

Текущий метод интеграции

Этот метод, также известный как "кулон счет », вычисляет SoC путем измерения тока батареи и интеграция Поскольку ни одно измерение не может быть идеальным, этот метод страдает от длительного дрейфа и отсутствия контрольной точки: поэтому SoC необходимо регулярно калибровать заново, например, путем сброса SoC на 100%, когда зарядное устройство определяет, что аккумулятор полностью заряжен (используя один из других методов, описанных здесь).

Комбинированные подходы

Максим Интегрированный рекламирует комбинированный подход к напряжению и заряду, который, как утверждается, превосходит любой другой метод; это реализовано в их чипах серии ModelGauge m3, таких как MAX17050,^[4]^[5] который используется в Nexus 6 и Nexus 9 Например, устройства Android.^[6]

Фильтрация Калмана

Чтобы преодолеть недостатки метода напряжения и метода интегрирования тока, Фильтр Калмана может быть использован. Батарею можно смоделировать с помощью электрической модели, которую фильтр Калмана будет использовать для прогнозирования перенапряжения, вызванного током. В сочетании с подсчетом кулонов он может дать точную оценку состояния заряда. Сила фильтра Калмана заключается в том, что он может регулировать свое доверие к напряжению батареи и счетчику кулонов в реальном времени.^[7]^[8]

Метод давления

Этот метод можно использовать с определенными NiMH аккумуляторы, внутреннее давление которых быстро увеличивается при зарядке аккумулятора. Чаще всего реле давления показывает, полностью ли заряжен аккумулятор. Этот метод можно улучшить, приняв во внимание Закон Пейкерта которая является функцией скорости заряда / разряда или ампер.