有關電池荷電狀態的研究

陳超+王瑩

【摘要】本文試建立以20A到100A之間任一恒定電流強度放電時的放電曲線的數學模型，并用MRE評估模型的精度。用表格和圖形給出電流強度為55A時的放電曲線。

【關鍵詞】電流強度；放電曲線；數學模型

試建立以20A到100A之間任一恒定電流強度放電時的放電曲線的數學模型，并用MRE評估模型的精度。用表格和圖形給出電流強度為55A時的放電曲線。討論電壓、電流、時間的相關性，通過分析數據，進行鉛酸電池放電實驗，收集、整理數據，便于建立合適的數學模型。

各種電池的開路電壓（近似等于電池實際電動勢）與荷電狀態存在對應關系，對應關系與電池的工作溫度、電池壽命有關，而與電池實際荷電狀態和工作電流電壓無關。因此，電池開路電壓和荷電狀態的對應關系可以應用于電池荷電狀態估計。一般鉛酸電池的開路電壓和SOC近似可以看成線性關系。

其中UO為鉛酸電池初始開路電壓，K是個常數，單位V/°C，T為鉛酸電池內部工作溫度。充放電后的鉛酸電池需要一定時間靜置其開路電壓才會穩定，靜置穩定后，開路電壓才與電池SOC有一定的對應關系。

電池荷電狀態SOC（stateofcharge）是一個相對量，表示電池目前的剩余電量與電池額定電量的比值.。電池SOC是不能直接得到的，只能通過對電池的外特性，如電池電壓，充放電電流、電池內阻以及溫度等參數的檢測來估算SOC的大小。放電實驗法是最可靠的SOC估算方法，目前國內外常用的方法之一是放電實驗法。采用恒定電流進行連續放電，放電電流與時間的乘積即為剩余電量。放電實驗法在實驗室中經常使用，適用于所有電池。根據這個方法，通過附件一給的數據，可以計算出鉛酸電池的SOC=It。

為了了解電池特性，對鉛酸電池進行放電試驗，在不同溫度下恒流放電，設置了-30°C、25°C、70°C，分別模擬低溫、常溫和高溫下蓄電池OCV與SOC的對應關系。以25T：下的放電試驗為例進行了標定試驗。試驗步驟如下。

步驟1：電池第一次必須在25°C狀態下完全充電（新電池并以恒壓16V限流充電4小時，達到100%SOC）；

步驟2：將電池置于25°C環境下；

步驟3：池閑置24小時后，測量穩定的開路電壓；

步驟4：以0.05C放電電流及10%SOC狀態下對電池放電處理2小時；

步驟5：重復第3和第4步直到0%SOC狀態。

通過實驗，采集數據，得出SOC和OVC的對應關系，如表1。

通過實驗測量，記錄得到的某鉛酸電池在25°C開路電壓和SOC的對應關系，如圖1所示。

通過這個模型，來描繪鉛酸電池以55A的恒定電流放電的放電曲線。因為同一個電池的容量是不變的，所以通過附件一所給的數據，在根據SOC=IT，可以計算SOC≈1090C，現在注明55A電流強度放電，可以計算出在55A的條件下放電為1189min，在由公式（10），計算出此時放電到額定電壓（9V）時各個時間點對應的電壓。由此繪出55A時的放電曲線，如圖3所示。