评定电池的健康状况哪些关键特性能够反映？
来源：宝鄂实业
2019-07-16 21:57
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轿车毛病就有一次是电池造成的。在未来数年内，跟着电传线控，发动/熄火引擎办理和混合动力（电力/燃气）等轿车技术日益普及，这一问题将变得越来越严重。
为了减少毛病，需要准确地检测电池的电压、电流和温度，对成果进行预处理，核算充电状况和运转状况，将成果发送到发动机控制单元 （ECU），以及控制充电功能。
现代轿车诞生于20 世纪初。第一辆轿车依靠手动发动，需要很大的力量，存在很高的风险，轿车的这种“手摇曲柄”造成了许多死亡事故。1902 年，第一台电池发动马达研制成功，到1920 年，所有的轿车都已采用电发动。
最初运用的是干电池，当电能耗尽时，必须予以更换。不久之后，液体电池（即陈旧的铅酸电池）就取代了干电池。铅酸电池的长处是当发动机工作时，它能够从中充电。
在上世纪，铅酸电池几乎没有什么变化，最后一次首要改进是对其进行密封。真正改变的是对它的需求。起先，电池仅仅用于发动轿车、鸣喇叭和为车灯供电。现在，在焚烧之前，轿车的所有电气系统都要靠它供电。
激增的新型电子设备不仅仅是GPS和DVD播放器等消费电子设备。现在，发动机控制单元 （ECU）、电动车窗和电动座椅之类的车身电子设备已成为许多基本车型的规范装备。呈指数级增加的负载已经产生严重影响，电气系统造成的毛病日益增多就是明证。根据ADAC 和RAC 核算，在所有轿车毛病中，几乎有36%可归因于电气毛病。假如对该数字进行分析，能够发现50%以上的毛病是由铅酸电池这一组件造成的。
评定电池的健康状况以下两个关键特性能够反映铅酸电池的健康状况：
（1） 充电状况 （SoC）：SoC 指示电池能够供给多少电荷，用电池额外容量（即新电池的SoC）的百分比表明。
（2） 运转状况 （SoH）：SoH 指示电池能够贮存多少电荷。充电状况充电状况指示好比是电池的“燃油表”。核算SoC 的办法有许多，其中最常用的有两个：开路电压丈量法和库仑测定法（也称库仑计数法）。
（1） 开路电压 （VOC） 丈量法：电池空载时的开路电压与其充电状况之间成线性关系。这种核算办法有两个基本限制：一是为了核算SoC，电池必须开路，不连接负载；二是这种丈量仅在经过相当长的稳定时后才准确。这些限制使得VOC 办法不适合在线核算SoC。该办法一般在轿车修理店中运用，在那里电池被卸下，能够用电压表丈量电池正负极之间的电压。
（2） 库仑测定法：这种办法用库仑计数求取电流对时间的积分，然后确定SoC。利用该办法能够实时核算SoC，即使电池处在负载条件下。然而，库仑测定法的差错会跟着时间推移而增大。
一般是综合运用开路电压和库仑计数法来核算电池的充电状况。
运转状况运转状况反映的是电池的一般状况，以及其与新电池相比贮存电荷的才能。由于电池本身的性质，SoH 核算非常复杂，依赖于对电池化学成分和环境的了解。电池的SoH 受许多要素的影响，包含充电接受才能、内部阻抗、电压、自放电和温度。
一般认为难以在轿车这样的环境中实时丈量这些要素。在发动阶段（引擎起动），电池处在最大负载下，此时最能反映电池的SoH。
Bosch、Hella 等抢先轿车电池传感器开发商实际运用的SoC和SoH 核算办法归于高度机密，常常还受专利保护。作为知识产权的拥有者，他们一般与Varta 和Moll 等电池制造商亲近合作开发这些算法。
分立电池检测解决方案该电路能够分为三个部分：
（1） 电池检测电池电压通过一个直接从电池正极分接出来的阻性衰减器来检测。为检测电流，将一个检测电阻（12V使用一般运用100mΩ）放在电池负极与地之间。在这种装备中，轿车的金属底盘一般为地，检测电阻装置在电池的电流回路中。在其它装备中，电池的负极是地。关于SoH 核算，还必须检测电池的温度。
（2） 微控制器微控制器或MCU 首要完成两个使命。第一个使命是处理模数转换器 （ADC） 的成果。这项工作或许很简单，例如仅执行基本滤波；也或许很复杂，例如核算SoC 和 SoH。实际的功能取决于MCU 的处理才能和轿车制造商的需求。第二个使命是将处理过的数据经由通讯接口发送到ECU。
（3） 通讯接口现在，本地互连网络 （LIN） 接口是电池传感器和ECU 之间最常用的通讯接口。LIN 是广为人知的CAN 协议的单线、低成本代替方案。
这是电池检测最简单的装备。然而，大多数精细电池检测算法要求对电池电压与电流，或者电池电压、电流与温度同时采样。
为了进行同步采样，最多需要增加两个模数转换器。此外，ADC 和MCU 需要调节电源以便正确工作，导致电路复杂性增加。这已经由LIN 收发器制造商通过集成调节电源而得到解决。轿车精细电池检测的下一步开展是集成ADC、MCU 和LIN收发器，例如ADI 公司的ADuC703x 系列精细模拟微控制器。
ADuC703x 供给两个或三个8 ksps、16 位Σ-Δ ADC，一个20.48MHz ARM7TDMI MCU，以及一个集成LIN v2.0 兼容收发器。ADuC703x 系列片内集成低压差调节器，能够直接从铅酸电池供电。为了满足轿车电池检测的需求，前端包含如下器材：一个电压衰减器，用于监控电池电压；一个可编程增益放大器，与100mΩ 电阻一起运用时，支持丈量1A 以下到1500A 的满量程电流；一个累加器，支持库仑计数而无需软件监控；以及一个片内温度传感器。
图2 所示为采用这种集成器材的解决方案。
图2. 采用集成器材的解决方案示例几年前，只有高档轿车才配有电池传感器。现在，装置小型电子设备的中低档轿车越来越多，而十年前只能在高端车型中见到。铅酸电池所引起的毛病数量因而不断增加。过不了几年，每辆轿车都会装置电池传感器，然后下降日益增多的电子设备引发毛病的风险。
锂电池防火需要建立具有战略纵深的多道防线。除了电池内部尽可能使用不可燃或难燃材料让电池具有本质安全性能外，电池外部的第一道防线是防止发生导致电池过热着火的各种诱因，比如过充、短路、撞击等，这就需要对电气系统进行安全设计。
当第一道防线被突破后（比如电池管理系统发生故障未能及时切断充电电源），电池温度升高，监控系统中的温度传感器或气体、烟雾探测器等应及时发现故障并报警，提醒工作人员处理故障，消除火灾诱因。此为第二道防线。
当故障未及时处理、第二道防线被突破后，电池燃烧（阴燃）已无法避免，此时消防系统要做的是将燃烧限制在发生故障的电池盒（或箱）内（containment)，并能隔离相邻的未着火的电池和设备，避免火势扩大（isolation)。由于锂离子电池热失控后温度极高，现有的非水系灭火剂如气体、干粉无法将电池温度迅速降下来，灭火效果不太理想。因此将电池防火目标设定为控火（controlledburn-down)，是一种比较现实的方案，技术经济性较强。此为第三道防线。
如果控火失败火情扩大，对人员财产安全造成严重威胁，则需要启动在车内安装的固定式水基灭火系统或等待消防队来灭火。
一般来说，第一道和第二道防线由电池制造商或电动汽车制造商考虑。作为消防专业人士，可为客户建立牢固的第三道防线，根据电池的具体型号规格性能进行方案定制，方案所使用的部件来自世界各地，不限于某一种设备或材料。
聚合物锂离子电池在全球技术成熟并商业化已经2年多时间了，虽然销量在快速增长，但其市场份额尚低于10%，与液态锂电90%的市场份额无法相比，大大低于人们的预期。由于各种原因，目前市场上聚合物的价格普遍要高于液态锂电，但是，由于移动电器的竞争模式正在悄悄地发生变化，特别是聚合物电池给移动电器带来的设计价值创新（如4mm厚度以下的优越性能、大型规格电池），聚合物电池正被越来越多的手机、移动DVD等设计人员所认识，因而聚合物厂商还是信心十足，坚信聚合物的时代一定会到来。可以从手机的发展看聚合物锂离子电池的发展趋势。目前手机有以下几个发展趋势：
(1)手机本身向小型化、超薄化方向发展，以方便消费者的携带；
(2)手机设计的个性化，表现在设计理念已经不再是原来方方正正的形状，不规则形状、曲线、弧面设计造型成为手机设计美学化的主流；
(3)使用彩屏、手机功能的不断增加。为了使手机小型化，电池减小、减薄是一个最有效的途径。4mm以下厚度电池有成为薄型手机配置的主流趋势，从性价比来讲，这是聚合物的特长。不规则形状、曲线、弧面设计造型的手机给电池留下的有效空间变成了不规则形状。液态的长方型不能有效利用空间，容量较低，而叠片式聚合物可以将这种不规则空间最有效地利用起来，使容量放大。最近TCL金能公司推出的圆弧型电池、梯形电池、背包电池能使手机比使用相应规格的液态电池容量增加50%以上。手机功能越来越多，导致耗电越来越多。要求电池容量相应地增加。在不增加电池厚度的情况下，聚合电池是有明显优势的。与此相似，笔记本电脑、蓝牙耳机、小灵通手机、移动DVD等电器都在向移动、便携化方向发展，都配上了液晶显示，而且功能在不断增多，液晶屏幕在不断增大。这些都给聚合物锂离子电池提供了无限的商机。
锂电池防火需要建立具有战略纵深的多道防线。除了电池内部尽可能使用不可燃或难燃材料让电池具有本质安全性能外，电池外部的第一道防线是防止发生导致电池过热着火的各种诱因，比如过充、短路、撞击等，这就需要对电气系统进行安全设计。
当第一道防线被突破后（比如电池管理系统发生故障未能及时切断充电电源），电池温度升高，监控系统中的温度传感器或气体、烟雾探测器等应及时发现故障并报警，提醒工作人员处理故障，消除火灾诱因。此为第二道防线。
当故障未及时处理、第二道防线被突破后，电池燃烧（阴燃）已无法避免，此时消防系统要做的是将燃烧限制在发生故障的电池盒（或箱）内（containment)，并能隔离相邻的未着火的电池和设备，避免火势扩大（isolation)。由于锂离子电池热失控后温度极高，现有的非水系灭火剂如气体、干粉无法将电池温度迅速降下来，灭火效果不太理想。因此将电池防火目标设定为控火（controlledburn-down)，是一种比较现实的方案，技术经济性较强。此为第三道防线。
如果控火失败火情扩大，对人员财产安全造成严重威胁，则需要启动在车内安装的固定式水基灭火系统或等待消防队来灭火。
一般来说，第一道和第二道防线由电池制造商或电动汽车制造商考虑。作为消防专业人士，可为客户建立牢固的第三道防线，根据电池的具体型号规格性能进行方案定制，方案所使用的部件来自世界各地，不限于某一种设备或材料。
聚合物锂离子电池在全球技术成熟并商业化已经2年多时间了，虽然销量在快速增长，但其市场份额尚低于10%，与液态锂电90%的市场份额无法相比，大大低于人们的预期。由于各种原因，目前市场上聚合物的价格普遍要高于液态锂电，但是，由于移动电器的竞争模式正在悄悄地发生变化，特别是聚合物电池给移动电器带来的设计价值创新（如4mm厚度以下的优越性能、大型规格电池），聚合物电池正被越来越多的手机、移动DVD等设计人员所认识，因而聚合物厂商还是信心十足，坚信聚合物的时代一定会到来。可以从手机的发展看聚合物锂离子电池的发展趋势。目前手机有以下几个发展趋势：
(1)手机本身向小型化、超薄化方向发展，以方便消费者的携带；
(2)手机设计的个性化，表现在设计理念已经不再是原来方方正正的形状，不规则形状、曲线、弧面设计造型成为手机设计美学化的主流；
(3)使用彩屏、手机功能的不断增加。为了使手机小型化，电池减小、减薄是一个最有效的途径。4mm以下厚度电池有成为薄型手机配置的主流趋势，从性价比来讲，这是聚合物的特长。不规则形状、曲线、弧面设计造型的手机给电池留下的有效空间变成了不规则形状。液态的长方型不能有效利用空间，容量较低，而叠片式聚合物可以将这种不规则空间最有效地利用起来，使容量放大。最近TCL金能公司推出的圆弧型电池、梯形电池、背包电池能使手机比使用相应规格的液态电池容量增加50%以上。手机功能越来越多，导致耗电越来越多。要求电池容量相应地增加。在不增加电池厚度的情况下，聚合电池是有明显优势的。与此相似，笔记本电脑、蓝牙耳机、小灵通手机、移动DVD等电器都在向移动、便携化方向发展，都配上了液晶显示，而且功能在不断增多，液晶屏幕在不断增大。这些都给聚合物锂离子电池提供了无限的商机。
