1.锂离子电池简介
1.1充电状态;SOC （有机碳）
充电状态可以定义为电池的可用能量状态，通常以百分比表示。由于可用能量会因充放电电流、温度和老化现象而变化，因此充电状态的定义也分为两种类型：绝对充电状态（ASOC）和相对充电状态（RSOC）。通常，RSOC的范围为0%到100%，其中100%表示电池完全充电，0%表示电池完全放电。另一方面，ASOC是根据电池制造时设计的固定容量值计算得出的参考值。全新充满电的电池的ASOC为100%，但老化的电池即使在充满电后，在不同的充放电条件下也可能无法达到100%。
下图说明了不同放电速率下电压和电池容量之间的关系。随着放电速率的增加，电池容量会减小。此外，电池容量也会在较低温度下降低。
1.2最大充电电压
电池的最大充电电压取决于其化学成分和特性。对于锂电池，充电电压通常在4.2V和4.35V之间。但是，电压值可能会因电池中使用的特定阴极和阳极材料而异。
1.3充满电
当电池电压与最大充电电压之间的电压差小于100mV，并且充电电流降低到C/10时，可以认为电池已充满电。电池被视为充满电的具体条件可能因其特性而异。
下图是锂电池的典型充电特性曲线。当电池电压达到最大充电电压并且充电电流降低到C/10时，认为电池已充满电。
1.4最小放电电压
最小放电电压可以定义为截止放电电压，通常是充电状态为0%时的电压。该电压值不是固定的，而是会随着负载、温度、老化程度等因素而变化。
1.5完全放电
当电池电压小于或等于最小放电电压时，可称为完全放电。
1.6 C倍率
充电/放电速率表示相对于电池容量的充电或放电电流。例如，如果电池以1C放电，理想情况下，它会在一小时后完全放电。不同的充电/放电速率会导致不同的可用容量。通常，较高的充电/放电速率会导致较小的可用容量。
1.7循环计数是指电池经历的完整充电和放电循环次数，可以根据实际放电容量和设计容量进行估算。每次累积的放电容量达到设计容量时，都计为一个循环。通常，经过大约500次充电和放电循环后，充满电的电池容量可能会减少约10%至20%。
1.8自放电
所有电池的自放电都会随着温度的增加而增加。自放电本质上不是制造缺陷，而是电池的固有特性。然而，制造过程中处理不当也会导致自放电增加。通常，温度每升高10°C，自放电率就会增加一倍。锂离子电池的自放电率约为每月1-2%，而各种镍基电池的自放电率约为每月10-15%。
- 2.1电池容量计介绍
- 3.2.1电池电量计功能简介
电池管理可以看作是电源管理的一部分。在电池管理中，电池容量计负责估算电池容量。其基本功能是监控电压、充放电电流和电池温度，并估计电池的充电状态（SOC）和满充电容量（FCC）。估计电池的荷电状态（SOC）有两种典型方法：开路电压（OCV）法和库仑计数法。另一种方法是立锜科技设计的动态电压算法。
2.2开路电压法
使用基于开路电压（OCV）方法的电量计，实现过程相对简单。它涉及引用一个查找表，该表将开路电压与相应的充电状态（SOC）相关联。OCV方法假设电池已处于静止状态约30分钟，在此静止期间测得的电压代表电池端子电压。
不同的负载、温度和电池老化条件会导致电池电压曲线发生变化。因此，开路电压的固定查找表不能完全表示充电状态（SOC）。仅依靠查找表来估计SOC是不可靠的。换句话说，如果SOC仅根据查找表进行估计，则存在很大的误差幅度。
根据提供的数字，很明显，放电过程中不同负载下的充电状态（SOC）存在显着差异。因此，一般来说，开路电压（OCV）方法仅适用于对SOC估计精度要求较低的系统，例如使用铅酸电池或不间断电源（UPS）的汽车应用。
2.3库仑计数法
库仑计数法的工作原理是在电池的充电/放电路径中连接一个感应电阻器。模数转换器（ADC）测量感应电阻器两端的电压，然后将其转换为在充电或放电期间流入或流出电池的电流值。实时计数器（RTC）用于随时间对这个电流值进行积分，提供有关流经电池的库仑数量的信息。
库仑计数方法可以准确计算充电或放电过程中的实时荷电状态（SOC）。通过使用充电库仑计数器和放电库仑计数器，它可以计算剩余容量（RM）和满充电容量（FCC）。SOC可以使用公式SOC = RM / FCC从剩余容量（RM）和完全充电容量（FCC）得出。此外，它还可以估计剩余时间，例如排空时间（TTE）和填满时间（TTF）。
有两个主要因素导致库仑计数法的准确度出现偏差。第一个因素是电流检测和ADC测量中失调误差的累积。尽管使用当前技术时，电流测量误差相对较小，但如果没有适当的校正方法，这种误差会随着时间的推移而增加。下图表明，在实际应用中，如果不随时间进行校正，则累积误差是无限的。
为了消除累积误差，在电池正常运行期间可以使用三个潜在的时间点：充电结束（EOC）、放电结束（EOD）和松弛。EOC条件表明电池已充满电，充电状态（SOC）应为100%。EOD条件表示电池已完全放电，SOC应为0%。它可以由绝对电压值定义，也可以随负载而变化。当电池既不充电也不放电，并在很长一段时间内保持此状态时，将达到Relaxation状态。如果用户打算在库仑计数法中使用弛豫状态进行纠错，则必须将其与开路电压表相结合。下图表明，在上述条件下，可以纠正充电状态误差。
导致库仑计数精度偏差的第二个主要因素是完全充电容量（FCC）误差，该误差由电池的设计容量与实际完全充电容量之间的差异引起。FCC会受到温度、老化和负载条件等因素的影响。因此，重新学习和补偿Full Charge Capacity的方法对于库仑计数至关重要。
下图说明了当Full Charge Capacity被高估或低估时，充电状态误差的趋势。
2.4动态电压算法电量计
动态电压算法是一种仅根据锂电池电压估算锂电池充电状态（SOC）的方法。它通过考虑电池电压与其开路电压之间的差异来计算SOC中的递增或递减变化。动态电压信息有效地模拟锂电池的行为并确定SOC百分比，但它不会以毫安时（mAh）为单位估计电池容量值。
动态电压算法通过利用电池电压和开路电压之间的动态差异来计算充电状态（SOC）的增量或递减变化。它采用迭代算法根据这些电压差来估计SOC。与库仑计数方法相比，动态电压算法不会随时间和电流而累积误差。
用于SOC估计的库仑计数方法容易因电流感应不准确和电池自放电而出现误差，从而导致SOC估计不准确。即使电流感应误差非常小，库仑计数器也会继续累积误差，只有当电池完全充电或放电时才能消除这些误差。
另一方面，动态电压算法仅根据电压信息估计电池的SOC，而不依赖电流信息，从而避免了误差累积。为了提高SOC估计的准确性，动态电压算法需要根据真实设备在完全充电和完全放电条件下获得的实际电池电压曲线来优化算法参数。
下表显示了动态电压算法在不同放电速率条件下的性能，表明其在估计充电状态（SOC）方面具有良好的准确性。根据该表，无论C/2、C/4、C/7和C/10等排放条件如何，该方法的总体SOC误差均小于3%。
下图显示了电池短路和短路放电时的充电状态性能。充电状态误差仍然很小，最大误差仅为3%。
与容易因电流感应误差和电池自放电而产生误差的库仑计数方法相比，动态电压算法具有显着的优势，因为它不会随着时间的推移和电流而累积误差。这是该算法的一个主要优点。然而，由于缺乏有关充电/放电电流的信息，动态电压算法表现出较低的短期精度和较慢的响应时间。此外，它无法估计完全充电容量。尽管如此，它在长期精度方面表现良好，因为电池电压直接反映了其充电状态。
