有关电池荷电状态的研究

陈超+王莹

【摘要】本文试建立以20A到100A之间任一恒定电流强度放电时的放电曲线的数学模型，并用MRE评估模型的精度。用表格和图形给出电流强度为55A时的放电曲线。

【关键词】电流强度；放电曲线；数学模型

试建立以20A到100A之间任一恒定电流强度放电时的放电曲线的数学模型，并用MRE评估模型的精度。用表格和图形给出电流强度为55A时的放电曲线。讨论电压、电流、时间的相关性，通过分析数据，进行铅酸电池放电实验，收集、整理数据，便于建立合适的数学模型。

各种电池的开路电压（近似等于电池实际电动势）与荷电状态存在对应关系，对应关系与电池的工作温度、电池寿命有关，而与电池实际荷电状态和工作电流电压无关。因此，电池开路电压和荷电状态的对应关系可以应用于电池荷电状态估计。一般铅酸电池的开路电压和SOC近似可以看成线性关系。

其中UO为铅酸电池初始开路电压，K是个常数，单位V/°C，T为铅酸电池内部工作温度。充放电后的铅酸电池需要一定时间静置其开路电压才会稳定，静置稳定后，开路电压才与电池SOC有一定的对应关系。

电池荷电状态SOC（stateofcharge）是一个相对量，表示电池目前的剩余电量与电池额定电量的比值.。电池SOC是不能直接得到的，只能通过对电池的外特性，如电池电压，充放电电流、电池内阻以及温度等参数的检测来估算SOC的大小。放电实验法是最可靠的SOC估算方法，目前国內外常用的方法之一是放电实验法。采用恒定电流进行连续放电，放电电流与时间的乘积即为剩余电量。放电实验法在实验室中经常使用，适用于所有电池。根据这个方法，通过附件一给的数据，可以计算出铅酸电池的SOC=It。

为了了解电池特性，对铅酸电池进行放电试验，在不同温度下恒流放电，设置了-30°C、25°C、70°C，分别模拟低温、常温和高温下蓄电池OCV与SOC的对应关系。以25T：下的放电试验为例进行了标定试验。试验步骤如下。

步骤1：电池第一次必须在25°C状态下完全充电（新电池并以恒压16V限流充电4小时，达到100%SOC）；

步骤2：将电池置于25°C环境下；

步骤3：池闲置24小时后，测量稳定的开路电压；

步骤4：以0.05C放电电流及10%SOC状态下对电池放电处理2小时；

步骤5：重复第3和第4步直到0%SOC状态。

通过实验，采集数据，得出SOC和OVC的对应关系，如表1。

通过实验测量，记录得到的某铅酸电池在25°C开路电压和SOC的对应关系，如图1所示。

通过这个模型，来描绘铅酸电池以55A的恒定电流放电的放电曲线。因为同一个电池的容量是不变的，所以通过附件一所给的数据，在根据SOC=IT，可以计算SOC≈1090C，现在注明55A电流强度放电，可以计算出在55A的条件下放电为1189min，在由公式（10），计算出此时放电到额定电压（9V）时各个时间点对应的电压。由此绘出55A时的放电曲线，如图3所示。