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1 # 鋰大叔
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2 # 閒餘電子
有許多人知道手機電量顯示能精確到1%?這種問題讓許多人都想不清楚,也找不到想要答案,那就圍繞這個問題談談,手機已什麼形式計算電量準確的顯示出來。
手機電池電量計算有多種,有電壓檢測,用電壓進行監控,透過電壓的變化測量電量的變動,只是電池電量與電壓不是非線性的關係,準確不是幾高,電量底於百分之五十,電量更加不準確,底於百分之五十顯示掉電特別快。所以這個方式被淘汰掉。
現手機基本使用計算方式就是庫侖計,這是用法拉第定律設計出用來測量電路中所透過電量的裝置稱為“庫侖計”或者“電量計”。說白了就是電池保護線路板上串聯有一個電量計量晶片,好像家裡電錶方式,透過把變化的電流進行累計,最終得到使用者使用時正確的電量。
獲得電池當前的容量才可能知道電量剩餘,使用整合模式,利用RC積分電路來獲得電壓對時間的積分值,那就能得到電池的容量,再透過電池當前電量除以電池的額定容量數值計算出百分比,得到電池電量剩餘並交給手機上的軟體螢幕顯示給使用者。
鋰電池使用時間長會增加電池的額定容量損耗,2000mAh容量迴圈使用100次,可能會只有1800mAh的容量,庫侖計永遠保持著原來額定容量會引起電量計算不準確,放心庫侖計裡面會對使用次數進行調整容量的演算法,會對電池迴圈次數調整電池實際的額定容量。
鋰離子電池的剩餘電量,我們叫SOC,目前的鋰電池組有三種方式來計算它。下面分享一下這三種方式。
第一種,透過鋰電池的電壓值來顯示剩餘電量(SOC)這種方式的劣勢是誤差特別大;優勢是電路簡單容易實現,而且成本低。
透過電壓值估算出來的SOC很粗糙,所以一般都是使用4顆或5顆LED燈來顯示,不會使用精準的數顯方式來顯示,這樣就是為了隱藏誤差。因為鋰電池組在充電與放電時的電壓是波動的,電流越大波動就越大,停止充電或者停止放電,電壓又會回彈。
像我們經常使用的移動電源充電寶,大多數都是這樣的方式,因為移動電源的電流比較小,而且電流相對來說都比較穩定,所以透過電壓值來顯示,我們也感覺不出來誤差有多大。
但是,如果是電動車類的動力產品,還使用電壓值的方式來顯示,誤差就會比大了。因為動力類產品,在啟動、加速、上坡時,它的電流就會比較大,這樣電壓值顯示就會波動比較大。
舉個例子,像36V10Ah的電動車鋰電池組,當電池組電壓是40V以上時,剩餘電量在80%~100%之間,5顆電量顯示燈都會亮,但是我們經常會發現,電動車一加速電量顯示燈就會滅掉2顆燈甚至更多,一停下來又恢復了5顆燈顯示,這樣就會給使用者很不好的使用體驗,因為誤差真的太大了。
第二種,透過電流與時間的庫侖積分來顯示剩餘電量簡單地說,就是電流乘以時間等於容量(A*h=Ah)。充電時,剩餘電量增加;放電時,剩餘電量減少。增加與減少的電量,就是電流與時間的積分量。
舉個例子,36V10Ah的鋰電池組,滿電的狀態下進行放電,在放電的過程中,分別使用15A電流持續了1分鐘,5A電流持續了30分鐘。那這個鋰電池組的剩餘電量就等於:10Ah-15A*1min/60-5A*30min/60=7.25Ah,也就是72.5%。目前的剩餘電量顯示,都會在1秒鐘更新一次,所以顯示出來的剩餘電量不管是LED燈的方式還是數字顯示的方式,都會給使用者比較好的體驗感。
像手機、膝上型電腦這些數碼類產品,還有電動車、機器人、AGV等等帶有通訊功能的動力科技產品,都會在鋰電池組的保護板上加上電量計,就能實現庫侖積分的剩餘電量顯示功能。
這種方式相對第一種來說,比較精準。但是也無法做到特別的精準,這就需要下面提到的第三種方式了。
第三種,庫侖積分與電壓值修正相結合的方式這種方式是目前比較流行的,精度特別高,是對第二種方式的進一步修正最佳化。
庫侖積分的方式,只能是透過充電與放電的電流與時間來計算電量的增量與減量,無法記錄電芯的自耗電,BMS板的自耗電,等等漏電的電量。所以,單純靠庫侖積分的方式來計算剩餘電量,只能是暫時性的精準,時間長了,慢慢就會出現偏差越來越大。
剩餘電量顯示的誤差值大了,就需要將鋰電池組進行過放,我們叫BMS的SOC校準,BMS識別到鋰電池組被過放,剩餘電量SOC就會歸零了(0%)。也可以將鋰電池組過充,BMS識別到鋰電池組被過充,就會識別到鋰電池組已經充滿電了,SOC就會顯示100%。
但是,有一些領域的產品是不能將鋰電池組過充或者過放的,像個別的家庭儲能產品,機器人,儀器儀表類的產品,高階科技類鋰電池組產品會考慮到安全性,也考慮到了鋰電池組的迴圈壽命,所以會控制鋰電池組的放電深度,不能讓鋰電池組過充或過放。這樣,BMS的剩餘電量SOC就無法得到校準了,這個誤差值就會一直累加,最後顯示的SOC就會誤差特別大。
如果加入電壓修正的方式,這個誤差值就會適當被修正。這就需要前期對鋰電池組的充電放電,以及靜置時對應的SOC進行抓取資料點,讓電壓與SOC形成一種對應,也就是我們說的“SOC演算法”。加入SOC演算法,剩餘電量的顯示才會更加精準。