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[讨论] 锂电池电量显示经常不准原因?

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发表于 2017-2-8 09:04:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
      现在锂电池越来越多用在移动电子产品上,对电池电量的显示和掌控也显得非常必要,比如手机,电量多少,关乎预判充电时间,不至于影响手机的使用,其他应用锂电池的产品移动设备也是如此。不过,现在智能手机的电量相对前几年的电量显示好像准确了一些,但是我们平时使用的一些有锂电池供电的产品时,有的电量就不是那么准确,什么原因?
     移动设备的电池电量显示目前有2种做法,
一种是苹果早在iPhone3GS就开始用的库仑计测电量,是统计流过的电荷数量,所以精确度很高。另一种是电压拟合方式判断电量,这种方式误差大。具体这两种做法的原理,搜索一些资料就能大体明白。


360截图20170208085507964.jpg

三元材料锂电池 放电曲线


上图是一个容量2600mAh三元材料锂电池,1A放电,25℃下的放电曲线,纵轴是电压,横轴是时间。手机生产中采购同一型号电池,一致性好的电池的放电曲线几乎相同,把电量百分比对应的电压点记录下来,就可以形成一个【电压-电量】的对照表,只要测量电压,就能对应知道剩余电量。这就是电压拟合的原理。但我们会发现,A段电压随电量变化比较明显,B段电量变化很多,但电压不怎么变。所以B段电量显示的误差就更容易大。这是误差产生的原因之一。


另一个原因对误差产生更大的影响:温度!
360截图20170208085749700.jpg

同一颗电池不同温度下放电曲线不同,上图就是刚刚那颗电池在15℃和25℃下的放电曲线,一个温度对应一条线,两个绿点是电压相同的点,按刚刚【电压-电量】对照表去显示电量,就会造成10%的误差,那么你说这不要紧,可以在5℃、15℃、25℃、35℃……不同温度下测试后多做几张对应表,显示电量前先测温度,再判断用哪张【电压-电量】对照表,问题不就解决了吗?没错,这样确实能进一步减少误差,但我要说,放电曲线的变化还随负载也有相当大的变化呢,还随电池所处的寿命周期的位置也有小幅度变化呢。难道为了显示电量,要做出一张【n种温度×m种负载×q种寿命点 — 电量】的对照表吗?差不多得了,又不是做实验。于是低成本的移动设备不愿意用库仑计,也就干脆不用数字显示了,成本又高又不准,干脆设四个LED灯,每个灯代表25%电量,管他准不准。


当然,以上说法可能不是很全,有时是锂电池的电池特性决定,比如磷酸铁锂电池在低温下(-10℃)容量减半,在-30℃下甚至无法工作;锂电池为什么不能低于0℃充电;过充和过放后电池是如何损坏的等等,,



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一粒金砂(中级)

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发表于 2017-2-8 09:26:09 | 显示全部楼层
楼主的问题很专业,我也碰到过这样的问题,现在还没想到什么好的的办法。希望楼主找到答案后分享一下


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一粒金砂(高级)

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发表于 2017-2-8 09:26:37 | 显示全部楼层
学习了


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一粒金砂(高级)

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发表于 2017-2-8 12:11:20 | 显示全部楼层
我家的电瓶车,冬天跑不动道哈哈哈,(东北)我爸都不用他,怕把自己扔半道上,行驶的距离明显缩短了

点评

家用电瓶车是铅酸电池,铅酸电池受温度影响,在气温较低时,电池内部电化学反应不激烈,存在着冬天充不饱,夏天有时会充过  详情 回复 发表于 2017-2-8 14:17
物致DIY 期待您的到来~
QQ群:646461928
购买地址←←


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发表于 2017-2-8 13:45:03 | 显示全部楼层
@sjl2001    @PowerAnts 来给答疑解惑 哈
2017,加油!继续为中国电子行业做出小小的贡献吧!
QQ 1206973913


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 楼主| 发表于 2017-2-8 14:17:03 | 显示全部楼层
5之蒲公英 发表于 2017-2-8 12:11
我家的电瓶车,冬天跑不动道哈哈哈,(东北)我爸都不用他,怕把自己扔半道上 ...

家用电瓶车是铅酸电池,铅酸电池受温度影响,在气温较低时,电池内部电化学反应不激烈,存在着冬天充不饱,夏天有时会充过


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五彩晶圆(高级)

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发表于 2017-2-8 14:26:01 | 显示全部楼层
电量估计提的比较多的说法叫SOC state of charge 字面意思是电荷状态,其实就是剩余电量。公式上soc=Ahx/Ah Ahx代表当前剩余电量,Ah代表额定容量。
目前soc估计原理都是根据ocv-soc对应关系曲线来估计的。这个曲线就是帖子里看到的,刚开始变化明显,中间出现平台,之后又变化明显。之所以中间段估计误差大,是因为平台阶段电压几乎不变,几个毫伏的差异可能就有5%-10%的soc差别,甚至电压采集误差就会造成soc估计偏差,所以这个阶段soc不容易准确估计。

从soc的公式看,Ah代表额定容量,如果老化引起Ah容量减少,soc也会受影响。如果受到温度的影响,低温下Ah衰减,也会影响soc估计。

还有一个概念是库伦效率,之所以提这个和安时计量法估计soc有关,理论上电池充入多少就放出多少电量,实际上有个效率,在98%以上,有的甚至接近100%,但随着使用次数的增多,充入和放出电量的差异累积,也会造成soc估计的不准确。解决方法就是根据电池端电压校准一下,在每次充满时重新定义100%SOC。

至于老化和温度对soc估计的影响,目前学术界也在进行研究,很少有产品考虑上述因素来估计soc,期待有突破把。
10月最后一天 久违的项目木终于看得到了一丝希望 我的好日子是不是要来了


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五彩晶圆(高级)

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发表于 2017-2-8 14:34:57 | 显示全部楼层
锂电池不能0度以下充电,这个是因为在0度以下充电时,锂离子在负极表面容易形成锂金属枝晶,像树枝一样的外形,而且是慢慢生长的,当生长到一定程度后,刺穿正负极之间的隔膜就会造成内部短路,这种短路是电池内部的,外部无法补救,容易造成电池燃烧 冒烟 等安全问题。

综合上面的说法 低温下不建议充电,对电池长期使用安全不利。
10月最后一天 久违的项目木终于看得到了一丝希望 我的好日子是不是要来了


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2017-2-8 21:32:50 | 显示全部楼层
要精确的话, 只能是库仑计了. 另外电池管理还需监测电池温度作合理的补偿及充放电保护.
电源砖家, 专业拍砖...


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