導(dǎo)讀：自放電的一致性是影響因素的一個(gè)重要部分，自放電不一致的電池在一段時(shí)間儲(chǔ)存之后SOC會(huì)發(fā)生較大的差異，會(huì)極大地影響它的容量和安全性。對(duì)其進(jìn)行研究，有助于提高我們的電池組的整體水平，獲得更高的壽命，降低產(chǎn)品的不良率。

含一定電量的電池，在某一溫度下，在保存一段時(shí)間后，會(huì)損失一部分容量，這就是自放電。簡(jiǎn)單理解，自放電就是電池在沒(méi)有使用的情況下容量損失，如負(fù)極的電量自己回到正極或是電池的電量通過(guò)副反應(yīng)反應(yīng)掉了。

自放電的重要性

目前鋰電池在類(lèi)似于筆記本，數(shù)碼相機(jī)，數(shù)碼攝像機(jī)等各種數(shù)碼設(shè)備中的使用越來(lái)越廣泛，另外，在汽車(chē)，移動(dòng)基站，儲(chǔ)能電站等當(dāng)中也有廣闊的前景。在這種情況下，電池的使用不再像手機(jī)中那樣單獨(dú)出現(xiàn)，而更多是以串聯(lián)或并聯(lián)的電池組的形式出現(xiàn)。

電池組的容量和壽命不僅與每一個(gè)單個(gè)電池有關(guān)，更與每個(gè)電池之間的一致性有關(guān)。不好的一致性將會(huì)極大拖累電池組的表現(xiàn)。

自放電的一致性是影響因素的一個(gè)重要部分，自放電不一致的電池在一段時(shí)間儲(chǔ)存之后SOC會(huì)發(fā)生較大的差異，會(huì)極大地影響它的容量和安全性。對(duì)其進(jìn)行研究，有助于提高我們的電池組的整體水平，獲得更高的壽命，降低產(chǎn)品的不良率。

自放電機(jī)理

鋰鈷石墨電池電極反應(yīng)如下：

電池開(kāi)路時(shí)，不發(fā)生以上反應(yīng)，但電量依然會(huì)降低，這主要是由于電池自放電所造成。造成自放電的原因主要有：

a.電解液局部電子傳導(dǎo)或其它內(nèi)部短路引起的內(nèi)部電子泄露。

b.由于電池密封圈或墊圈的絕緣性不佳或外部鉛殼之間的電阻不夠大（外部導(dǎo)體，濕度）而引起的外部電子泄露。

c.電極/電解液的反應(yīng)，如陽(yáng)極的腐蝕或陰極由于電解液、雜質(zhì)而被還原。

d.電極活性材料局部分解。

e.由于分解產(chǎn)物（不溶物及被吸附的氣體）而使電極鈍化。

f.電極機(jī)械磨損或與集流體間電阻變大。

自放電的影響

1、自放電導(dǎo)致儲(chǔ)存過(guò)程容量下降

幾個(gè)典型的自放電過(guò)大造成的問(wèn)題：

1、汽車(chē)停車(chē)時(shí)間過(guò)久，啟動(dòng)不了；

2、電池入庫(kù)前電壓等一切正常，待出貨時(shí)發(fā)現(xiàn)低電壓甚至零電壓；

3、夏天車(chē)載GPS放在車(chē)上，過(guò)段時(shí)間使用感覺(jué)電量或使用時(shí)間明顯不足，甚至伴隨電池發(fā)鼓。

2、金屬雜質(zhì)類(lèi)型自放電導(dǎo)致隔膜孔徑堵塞，甚至刺穿隔膜造成局部短路，危及電池安全

3、自放電導(dǎo)致電池間SOC差異加大，電池組容量下降

由于電池的自放電不一致，導(dǎo)致電池組內(nèi)電池在儲(chǔ)存后SOC產(chǎn)生差異，電池性能下降?？蛻?hù)在拿到儲(chǔ)存過(guò)一段時(shí)間的電池組之后經(jīng)常能夠發(fā)現(xiàn)性能下降的問(wèn)題，當(dāng)SOC差異達(dá)到20%左右的時(shí)候，組合電池的容量就只剩余60%~70%。

4、SOC差異較大容易導(dǎo)致電池的過(guò)充過(guò)放

一、化學(xué)&物理自放電的區(qū)分

1、高溫自放電與常溫自放電對(duì)比

物理微短路與時(shí)間關(guān)系明顯，長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存對(duì)于物理自放電的挑選更有效；而高溫下化學(xué)自放電則更顯著，應(yīng)用高溫儲(chǔ)存來(lái)挑選。

按照高溫5D，常溫14D的方式儲(chǔ)存：如果電池自放電以物理自放電為主，則常溫自放電/高溫自放電≈2.8；如果電池自放電以化學(xué)自放電為主，則常溫自放電/高溫自放電＜2.8。

2、循環(huán)前后的自放電對(duì)比

循環(huán)會(huì)造成電池內(nèi)部微短路熔融，從而使物理自放電降低，所以：如果電池自放電以物理自放電為主，則循環(huán)后的自放電降低明顯；如果電池自放電以化學(xué)自放電為主，則循環(huán)后的自放電無(wú)明顯變化。

3、液氮下測(cè)試漏電流

在液氮下使用高壓測(cè)試儀測(cè)量電池漏電流，如有以下情況，則說(shuō)明微短路嚴(yán)重，物理自放電大：

1）某一電壓下，漏電流偏大；

2）不同電壓下，漏電流之比與電壓之比相差大。

4、隔膜黑點(diǎn)分析

通過(guò)觀察和測(cè)量隔膜黑點(diǎn)的數(shù)量、形貌、大小、元素成分等，來(lái)判斷電池物理自放電的大小及其可能的原因：1）一般情況下，物理自放電越大，黑點(diǎn)的數(shù)量越多，形貌越深（特別是會(huì)穿透到隔膜另一面）；2）依據(jù)黑點(diǎn)的金屬元素成分判斷電池中可能含有的金屬雜質(zhì)。

5、不同SOC的自放電對(duì)比

不同SOC狀態(tài)下，物理自放電的貢獻(xiàn)會(huì)有差異。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，100%SOC下更容易分辨物理自放電異常的電池。

二、自放電測(cè)試

1、自放電檢測(cè)方法

1）電壓降法

用儲(chǔ)存過(guò)程中電壓降低的速率來(lái)表征自放電的大小。該方法操作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是電壓降并不能直觀地反映容量的損失。電壓降法最簡(jiǎn)單實(shí)用，是當(dāng)前生產(chǎn)普遍采用的方法。

2）容量衰減法

即單位時(shí)間內(nèi)容量降低的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。

3）自放電電流法Isd

根據(jù)容量損失和時(shí)間的關(guān)系推算電池儲(chǔ)存過(guò)程中的自放電電流Isd。

4）副反應(yīng)消耗的Li+摩爾數(shù)計(jì)算法

基于電池儲(chǔ)存過(guò)程Li+消耗速率受負(fù)極SEI膜電子電導(dǎo)的影響，推導(dǎo)算Li+消耗量隨儲(chǔ)存時(shí)間的關(guān)系。

2、自放電測(cè)量系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)

1）選取合適的SOC

dOCV/dT受SOC影響，溫度對(duì)OCV的影響在平臺(tái)處被顯著放大，帶來(lái)很大的SOC預(yù)測(cè)誤差。需選擇對(duì)溫度變化相對(duì)不敏感的SOC測(cè)試自放電，如：FC1865：25%SOC測(cè)自放電；LC1865：50%SOC測(cè)自放電。

因電池容量差異，故實(shí)際電池的SOC存在波動(dòng)，公差約為4%左右，故考察5%的公差范圍內(nèi)OCV曲線(xiàn)斜率的變化。LC1865 53%和99.9%SOC處斜率很穩(wěn)定，分別為3.8mV/%SOC和10mV/%SOC。FC1865~25%SOC處斜率比較穩(wěn)定；當(dāng)然滿(mǎn)電態(tài)也是個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的自放電測(cè)量點(diǎn)。

2）起始時(shí)間的選定

FC1865 25%SOC下（也可以是其他SOC值）看充電結(jié)束后每小時(shí)電壓變化，20h以后電壓降速率基本一致，可以認(rèn)為極化已基本恢復(fù)。故選取24h作為自放電測(cè)試起始時(shí)間。

LC1865 50%SOC下14h以后電壓變化速率在0.01mV/h上下小范圍波動(dòng)，可以認(rèn)為極化已基本恢復(fù)，選取24h作為自放電起始點(diǎn)是可行的。

3）儲(chǔ)存溫度和時(shí)間

儲(chǔ)存溫度和時(shí)間對(duì)自放電的影響（LC1865H）

在研究區(qū)間內(nèi)，自放電與時(shí)間和溫度均呈顯著的線(xiàn)性關(guān)系。可將自放電模型擬合為：自放電=0.23t+0.39(T-25)。（以上數(shù)值和關(guān)系式和電池體系有關(guān)，常量會(huì)相應(yīng)變化，以下其他關(guān)系也是。）

常溫下由于化學(xué)反應(yīng)速率的降低，其物理自放電的異常點(diǎn)表現(xiàn)更明顯。14D儲(chǔ)存能夠非常好的預(yù)測(cè)28D的結(jié)果。

3、自放電測(cè)量系統(tǒng)的改進(jìn)

1）測(cè)電壓溫度

測(cè)電壓環(huán)境溫度對(duì)自放電的影響：FC1865:每增加1℃，電壓下降0.05mV；LC1865:每增加1℃，電壓下降0.17mV。

2）電壓表選型

在電壓表的選擇上，由于自放電研究的是0.1mV層面的變化，傳統(tǒng)的4位半電壓表（精確到1mV，分辨率到0.1mV）已不適合，故選用六位半Agilent 34401A電壓表，（精確達(dá)到0.1mV，分辨率達(dá)到0.01mV甚至更高）。另外該量?jī)x的重復(fù)性也相當(dāng)不錯(cuò)。

4、自放電標(biāo)準(zhǔn)的確定

1）理論推算

1mV差異模擬

通過(guò)人為調(diào)整10%SOC差異模擬1mV（28天1mv，14天0.5mv的差異）自放電差異使用3年后的Balance結(jié)果。3組電池均未發(fā)生過(guò)充的安全問(wèn)題，但是放電時(shí)的電壓差已經(jīng)非常大（1200mV），自放電大的電池被過(guò)放至2.5V，PACK容量損失10%。

自放電影響因素及控制要點(diǎn)

一、原材料金屬雜質(zhì)

1、金屬雜質(zhì)的影響機(jī)理

電池中：金屬雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)腐蝕反應(yīng)，溶解到電解液：M→Mn ^+^ +ne ^-^ ；此后，Mn ^+^ 遷移到負(fù)極，并發(fā)生金屬沉積：Mn ^+^ +ne ^-^ →M；隨著時(shí)間的增加，金屬枝晶在不斷生長(zhǎng)，最后穿透隔膜，導(dǎo)致正負(fù)極的微短路，不斷消耗電量，導(dǎo)致電壓降低。

注：以上只是最常見(jiàn)的形式，還可能有很多其他的影響機(jī)理。

2、不同種類(lèi)金屬屑影響程度

（1）正極漿料中添加不同種類(lèi)金屬屑

可定性的對(duì)影響程度排序：Cu>Zn>Fe>Fe2O3

注：原則上，只要是金屬雜質(zhì)（如以上未列出的還有FeSFeP2O7…)，都會(huì)對(duì)自放電產(chǎn)生較大影響，影響程度一般是金屬單質(zhì)最強(qiáng)。

金屬屑電池的隔膜黑點(diǎn)形貌深（穿透到另一面）、數(shù)量多:

隔膜黑點(diǎn)的金屬元素成分與添加的金屬種類(lèi)相吻合，說(shuō)明隔膜黑點(diǎn)上的金屬元素確實(shí)來(lái)源于金屬雜質(zhì):

（2）負(fù)極漿料中添加不同種類(lèi)金屬屑

負(fù)極漿料中金屬雜質(zhì)的影響不及正極漿料中的金屬雜質(zhì)；其中，Cu、Zn 對(duì)自放電有顯著影響；Fe、氧化鐵未觀察到顯著影響。

3、金屬雜質(zhì)關(guān)鍵控制

（1）建立磁性金屬雜質(zhì)的測(cè)試方法

①用電子稱(chēng)稱(chēng)量粉末后，投入到聚四氟乙烯球磨罐中

②將已準(zhǔn)備好的磁鐵投入粉末，放超純水

③球磨機(jī)以200±5rpm的速度攪拌30±10分鐘

④攪拌完畢后，取出內(nèi)部的磁鐵（避免用手或其他器具直接接觸

⑤磁鐵表面吸的正極活性物質(zhì)，用超純水來(lái)洗凈后，利用超聲波來(lái)洗凈 15±3秒鐘。

⑥ ⑤項(xiàng)的手法反復(fù)進(jìn)行多次——磷酸鐵鋰：20遍；其它物料：5-8遍

⑦洗凈好的磁鐵轉(zhuǎn)移到100ml燒杯里。(防止異物的混入)

⑧在燒杯里，倒稀王水(鹽酸:硝酸=3:1)6ml后，再加入磁鐵沉浸程度的超純水。然后加熱20分鐘左右

⑨將加熱好的溶液轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶里，至少潤(rùn)洗3次，并把潤(rùn)洗液也轉(zhuǎn)移到容量瓶中，最后用超純水定容

⑩準(zhǔn)備好的溶液，送AAS進(jìn)行定量分析鐵，鉻，銅，鋅，鎳，鈷的含量（磷酸鐵鋰再加測(cè)一個(gè)鋰元素）。

測(cè)量原材料的磁性金屬雜質(zhì)含量：

磷酸鐵鋰：

雜質(zhì)成分包含F(xiàn)e、Cr、Ni、Al、P等，雜質(zhì)金屬應(yīng)該為不銹鋼。

KS6：

磁性金屬雜質(zhì)主要成分是Al，還有少量Mg。

（2）對(duì)金屬雜質(zhì)含量過(guò)高的原材料進(jìn)行除鐵

（3）原材料除鐵對(duì)自放電的改善

二、制程粉塵金屬屑

1、制程中粉塵金屬屑的潛在來(lái)源

2、采取措施減少和消除粉塵金屬屑

3、實(shí)例

使用自動(dòng)卷繞機(jī)后，極片掉料顯著改善：

使用自動(dòng)卷繞機(jī)后，極芯短路率顯著降低：

自動(dòng)卷繞機(jī)對(duì)自放電的改善：

整個(gè)車(chē)間和產(chǎn)線(xiàn)的非金屬化、5S行動(dòng)：

三、電池水分

1、水分對(duì)自放電的影響機(jī)理

如上圖，當(dāng)電池中有H2O存在時(shí)，首先，其會(huì)與LiPF6反應(yīng)，生產(chǎn)HF等腐蝕性氣體；同時(shí)與溶劑等反應(yīng)產(chǎn)生CO2等氣體引起電池膨脹；HF會(huì)與電池中眾多物質(zhì)如SEI主要成分反應(yīng)，破壞SEI膜；生成CO2和H2O等；CO2引起電池膨脹，重新生成的H2O又參與LiPF6、溶劑等反應(yīng)；形成惡性鏈?zhǔn)椒磻?yīng)！

SEI膜破壞的后果：

1）、溶劑進(jìn)入石墨層中與LixC6反應(yīng)，引起不可逆容量損失；

2）、破壞的SEI修復(fù)則要消耗Li+和溶劑等，進(jìn)一步造成不可逆容量損失。

2、水分測(cè)量

固體水分測(cè)量方法的改進(jìn)：

原有甲醇浸泡的測(cè)量方法的重復(fù)性和再現(xiàn)性都較差；并且測(cè)試周期長(zhǎng)（浸泡24h），不可能用于在線(xiàn)控制。

改用卡氏加熱爐+水分測(cè)定儀，準(zhǔn)確性和精確性提高，MSA通過(guò)；測(cè)試時(shí)間約5分鐘，適合用于在線(xiàn)監(jiān)控。

3、水分控制

（1）優(yōu)化極芯烘烤工藝，提高除水效果

（2）開(kāi)發(fā)小卷烘烤工藝，提升除水效果

（3）建設(shè)自動(dòng)裝配線(xiàn)，減少極芯吸水

（4）控制電池注液過(guò)程中吸水

（5）優(yōu)化制作流程，減少在制品積壓

四、改善效果

1、電壓趨于穩(wěn)定

2、自放電不良率降

3、自放電趨勢(shì)逐步穩(wěn)定

4、自放電均值和中位數(shù)降低

鋰電池充放電理論及電量計(jì)算法設(shè)計(jì)

1.1 荷電狀態(tài) (State-Of-Charge;SOC)

荷電狀態(tài)可定義為電池中可用電能的狀態(tài)，通常以百分比來(lái)表示。因?yàn)榭捎秒娔軙?huì)因充放電電流，溫度及老化現(xiàn)象而有不同，所以荷電狀態(tài)的定義也區(qū)分為兩種：絕對(duì)荷電狀態(tài)(Absolute State-Of-Charge;ASOC)及相對(duì)荷電狀態(tài)(Relative State-Of-Charge;RSOC)。通常相對(duì)荷電狀態(tài)的范圍是 0% - 100%，而電池完全充電時(shí)是 100%，完全放電時(shí)是0%。絕對(duì)荷電狀態(tài)則是一個(gè)當(dāng)電池制造完成時(shí)，根據(jù)所設(shè)計(jì)的固定容量值所計(jì)算出來(lái)的的參考值。一個(gè)全新完全充電電池的絕對(duì)荷電狀態(tài)是100%;而老化的電池即便完全充電，在不同充放電情況中也無(wú)法到100%。

下圖顯示不同放電率下電壓與電池容量的關(guān)系。放電率愈高，電池容量愈低。溫度低時(shí)，電池容量也會(huì)降低。

▲圖一：不同放電率及溫度下電壓與容量之關(guān)系

1.2 最高充電電壓 (Max Charging Voltage)

最高充電電壓和電池的化學(xué)成分與特性有關(guān)。鋰電池的充電電壓通常是4.2V 和 4.35V，而若陰極、陽(yáng)極材料不同電壓值也會(huì)有所不同。

1.3 完全充電 (Fully Charged)

當(dāng)電池電壓與最高充電電壓差小于100mV，且充電電流降低至C/10，電池可視為完全充電。電池特性不同，完全充電條件也有所不同。

下圖所顯示為一典型的鋰電池充電特性曲線(xiàn)。當(dāng)電池電壓等于最高充電電壓，且充電電流降低至C/10，電池即視為完全充電。

▲圖二：鋰電池充電特性曲線(xiàn)

1.4 最低放電電壓 (Mini Discharging Voltage)

最低放電電壓可用截止放電電壓來(lái)定義，通常即是荷電狀態(tài)為0%時(shí)的電壓。此電壓值不是一固定值，而是隨著負(fù)載、溫度、老化程度或其他而改變。

1.5 完全放電 (Fully Discharge)

當(dāng)電池電壓小于或等于最低放電電壓時(shí)，可稱(chēng)為完全放電。

1.6 充放電率 (C-Rate)

充放電率是充放電電流相對(duì)于電池容量的一種表示。例如，若用1C來(lái)放電一小時(shí)之后，理想的話(huà)，電池就會(huì)完全放電。不同充放電率會(huì)造成不同的可用容量。通常，充放電率愈大，可用容量愈小。

1.7 循環(huán)壽命

循環(huán)次數(shù)是當(dāng)一個(gè)電池所經(jīng)歷完整充放電的次數(shù)，是可由實(shí)際放電容量與設(shè)計(jì)容量來(lái)估計(jì)。每當(dāng)累積的放電容量等于設(shè)計(jì)容量時(shí)，則循環(huán)次數(shù)一次。通常在500次充放電循環(huán)后，完全充電的電池容量約會(huì)下降10% ~ 20%。

▲圖三：循環(huán)次數(shù)與電池容量的關(guān)系

1.8 自放電 (Self-Discharge)

所有電池的自放電都會(huì)隨著溫度上升而增加。自放電基本上不是制造上的瑕疵，而是電池本身特性。然而制造過(guò)程中不當(dāng)?shù)奶幚硪矔?huì)造成自放電的增加。通常電池溫度每增加10°C，自放電率即倍增。鋰離子電池每個(gè)月自放電量約為12%，而各類(lèi)鎳系電池則為每月1015%自放電量。

▲圖四：鋰電池自放電率在不同溫度下的表現(xiàn)

02電池電量計(jì)簡(jiǎn)介

2.1 電量計(jì)功能簡(jiǎn)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(cè)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(kāi)路電壓法(OCV)和庫(kù)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(kāi)路電壓法

用開(kāi)路電壓法的電量計(jì)，其實(shí)現(xiàn)方法較容易，可借著開(kāi)路電壓對(duì)應(yīng)荷電狀態(tài)查表而得到。開(kāi)路電壓的假設(shè)條件是電池休息約超過(guò)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(xiàn)也會(huì)有所不同。所以一個(gè)固定的開(kāi)路電壓表無(wú)法完全代表荷電狀態(tài);不能單靠查表來(lái)估計(jì)荷電狀態(tài)。換言之，荷電狀態(tài)若只靠查表來(lái)估計(jì)，誤差將會(huì)很大。

下圖顯示同樣的電池電壓分別在充放電之下，透過(guò)開(kāi)路電壓法所查得的荷電狀態(tài)差異很大。

▲圖五：充、放電情況下的電池電壓

下圖可知，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(kāi)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(chē)使用鉛酸電池或不間斷電源等。

▲圖六：放電時(shí)不同負(fù)載之下的電池電壓

2.3 庫(kù)侖計(jì)量法

庫(kù)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(cè)電阻。ADC量測(cè)在檢測(cè)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(guò)多少庫(kù)倫。

▲圖七：庫(kù)倫計(jì)量法基本工作方式

庫(kù)侖計(jì)量法可精確計(jì)算出充電或放電過(guò)程中實(shí)時(shí)的荷電狀態(tài)。藉由充電庫(kù)侖計(jì)數(shù)器和放電庫(kù)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(lái)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(mǎn)(TTF)。

▲圖八：庫(kù)倫計(jì)量法的計(jì)算公式

主要有兩個(gè)因素造成庫(kù)倫計(jì)量法準(zhǔn)確度偏差。第一是電流感測(cè)及ADC量測(cè)中偏移誤差的累積。雖然以目前的技術(shù)此量測(cè)的誤差還算小，但若沒(méi)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(wú)上限的。

▲圖九：庫(kù)倫計(jì)量法的累積誤差

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(mǎn)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](méi)有充電也沒(méi)有放電，而且保持這種狀態(tài)很長(zhǎng)一段時(shí)間。若使用者想用電池休息狀態(tài)來(lái)作庫(kù)侖計(jì)量法的誤差修正，則此時(shí)必須搭配開(kāi)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。

▲圖十：消除庫(kù)侖計(jì)量法累積誤差的條件

造成庫(kù)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(kù)侖計(jì)量法是非常關(guān)鍵重要的。下圖顯示了當(dāng)完全充電容量被高估和被低估時(shí)，荷電狀態(tài)誤差的趨勢(shì)現(xiàn)象。

▲圖十一：完全充電容量被高估和被低估時(shí)，誤差的趨勢(shì)

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(kāi)路電壓之間的差值，來(lái)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(kāi)路電壓之間的動(dòng)態(tài)差異，借著使用迭代算法來(lái)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(kù)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(kù)侖計(jì)量法電量計(jì)通常會(huì)因?yàn)殡娏鞲袦y(cè)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(cè)誤差非常小，庫(kù)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(lái)估計(jì)電池的荷電狀態(tài);因?yàn)樗皇怯呻姵氐碾娏餍畔?lái)估計(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(xiàn)來(lái)調(diào)整出一優(yōu)化的算法的參數(shù)。

▲圖十二：動(dòng)態(tài)電壓算法電量計(jì)和增益優(yōu)化的表現(xiàn)

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%。

▲圖十三：不同的放電速率條件下，動(dòng)態(tài)電壓算法的荷電狀態(tài)的表現(xiàn)

下圖顯示在電池短充短放情況下，荷電狀態(tài)的表現(xiàn)。荷電狀態(tài)誤差仍然很小，且最大誤差僅有3%。

▲圖十四：在電池短充短放的情況，動(dòng)態(tài)電壓算法的荷電狀態(tài)的表現(xiàn)

相較于庫(kù)侖計(jì)量法電量計(jì)通常會(huì)因?yàn)殡娏鞲袦y(cè)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](méi)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(wú)法估計(jì)完全充電容量。然而，它在長(zhǎng)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)。

審核編輯：湯梓紅