電池的充電狀態為什么無法準確的測量?

  測量電池等電化學設備中存儲的能量很復雜,電量計上的充電狀態 (SoC) 讀數只能提供粗略估計。用戶經常將電池SoC與車輛的電量計進行比較。計算罐中的液體很簡單,因為液體是有形的實體;電池充電狀態不是。電池中存儲的能量也無法量化,因為負載電流和工作溫度等普遍條件會影響其釋放。電池在正常環境溫度時效果最佳;寒冷時性能會受到影響,此外,電池會因老化而損失電池容量,那為什么電池的充電狀態無法準確測量呢?

  當前的電量計技術充滿了局限性,當新iPad的用戶認為電量計上100%的電量也應該與充滿電的電池相關時,這一點就暴露出來了。情況并非總是如此,用戶抱怨iPad鋰聚合物電池電量僅為90%。

蘋果手機無線充電

   iPad、智能手機、筆記本電腦中使用的現代電量計通過庫侖計數和電壓比較來讀取SoC。復雜性在于在使用電池時管理這些變量。充電或放電就像橡皮筋一樣,拉高或拉低電壓,計算出的SoC讀數變得毫無意義。在開路條件下,如測量裸電池時的情況,可以使用電壓參考;但是溫度和電池壽命會影響讀數。僅當包括這些環境條件并允許電池在測量前休息幾個小時時,作為SoC參考的開路端電壓才可靠。

  對于iPad電量計和真正的電池SoC之間10%的差異對于消費產品來說是可以接受的。準確度可能會隨著使用而進一步下降,并且根據自學習算法的有效性,電池老化可能會使誤差再增加20-30%。到這個時候,用戶已經習慣了設備的怪癖,并且奇怪的東西大多被遺忘或接受。雖然運行時間的差異只會給普通用戶帶來輕微的不便,但工業應用(例如電動汽車中的電動動力系統)將需要更好的系統。改進工作正在進行中,這些發展有朝一日也可能使消費產品受益。

  庫侖計數是當今電量計的核心。該理論可以追溯到250年前查爾斯-奧古斯丁·德·庫侖首次建立“庫侖定律”時。它的工作原理是測量流入和流出的電流。庫侖計數也會產生誤差;流出的能量總是少于流入的能量。充電接受效率低下,尤其是在充電快要結束時、跟蹤錯誤以及放電過程中的損耗和存儲過程中的自放電都會造成這種情況。通過完全充電/放電的自學習和定期校準確保了大多數人可以接受的精度。

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