力電池の重要な変数の定義、測定および計算方法
1つの概要
この文書は主にもっとすぐにに会社の内部R & Dの人員をそしてはっきり促進するために電池および測定および計算方法のある重要な独特変数を理解するために準備される。それは主に力電池、電池の健康の国家SOH、内部抵抗R、等の充満状態SOCを含んでいる。
この文書は主に力電池の国民の標準そして業界標準を、またインターネットの権威のある情報を示し、自身の業務経歴を伴って編集される。
充満および推定方法の電池の状態の2つのSOC
電池のSOCの2.1定義
電池のSOCが最初の容量（国民の標準）の現在の利用できる容量のパーセントと定義される電池の残りの力を反映するのに使用されている。
ラスト・ターゲットは次の通り電池連合（usabc）を定義する電気自動車電池の実験マニュアルのSOCを進めた:指定排出率の下の同じ条件の下の評価される容量への残りの電池容量の比率。
SOC=QO/QN
次の通りホンダの電気自動車（EVと）はSOCを定義する:
SOC =残り容量/（評価される容量容量容量の減少要因）
残り容量=評価される容量-純排出-自己放電-温度修正
力電池の残りの力はゴルフ練習場に影響を与え、電気自動車の性能を運転する主要な要因である。正確なSOCの推定は電池のエネルギー効率を改善し、電気自動車のよりよい運転を保障するために電池の耐用年数を延長できる。同時に、SOCはまた電池の充満および排出制御および電池のバランスのための重要な基礎である。
実用化では、私達は現在、内部電池の影響を及ぼす要因および外的な境界（温度、生命、等）と結合されて電圧のような電池の測定可能な価値に従って電池SOCの推定のアルゴリズムを、実現する必要があり。但し、SOCは内部労働環境および外的な要因が非線形原因である、よいSOCの推定のアルゴリズムを達成するために従ってこれらの問題は克服されなければならない。現在、国内外で電池SOCの推定は、アンペア時方法のような、内部抵抗方法、開路の電圧方法を等設計することに部分的に実現され、適用された。これらのアルゴリズムの共通機能はそれらが実行し易いが実際の働く条件の内部および外的な影響を及ぼす要因の考察の欠乏は推定の正確さの連続的な改善のためのBMSの条件を満たして困難である悪い適応性をもたらすことである。従って、SOCが多くの要因によって影響されると考慮した後、もう少しの複雑なアルゴリズムはKalmanフィルター アルゴリズム、ニューラル・ネットワークのアルゴリズム、曖昧な推定のアルゴリズムおよび他の新しいアルゴリズムのような、提案される。前の従来のアルゴリズムと比較されて、それらに多量の計算が、高精度ある。その中で、Kalmanフィルターに計算の正確さおよび適応性で良い業績がある。
2複数のSOCの推定のアルゴリズムのポイント2紹介
（1）アンペア時方法
現在の電池の最初のSOCの価値が満たすT時間後にsoc0、であるかまたは排出して、SOCが次のとおりであることアンペア時方法、別名現在の統合方法はまた、計算高い電池SOC. Assumingのための基礎である:
Q0は電池の評価される容量であり、私は（t）電池充満で、放出流を（排出は肯定的である）。
実際、SOCは電池の充満の状態と定義され、電池の充満の状態は電池の流れの全体である、従って理論に、アンペア時方法は最も正確である。同時に、実現することもまた容易である。それはただバッテリーの充電および放出流および時間を測定する必要がある。実用的な設計の適用では、分離した計算の方式は次の通りある:
電池の実際の仕事ではSOC.を計算するのに、アンペア時方法が使用されている。測定誤差および騒音干渉の要因は測定の結果に影響を与える、従ってSOCは正しく推定することができない（自己放電および温度のような要因は考慮されない）。同時に、電池の最初のSOCの価値はアンペア時方法によって得ることができない。通常、アンペア時方法は次の計算のために初期値として最後の電池の充満および排出によって保たれるSOCの価値を使用するが、これはSOCの間違いを絶えず集まらせる。従って、実用的な工学で、アンペア時方法は他のアルゴリズムの基礎として一般に使用されるか、または推定のための他のアルゴリズムと結合される。
（2）開路の電圧方法
リチウム イオン電池の起電力と電池のSOC間にある特定の機能的関係がある。従って、電池のSOCの価値は開路の電圧の測定によって得ることができる。開路の電圧方法によって電池の起電力の正確な価値を、最初に得るためには、電池はしばらく立つ必要がある。現時点で、開路の電圧（OCV）の価値は起電力の価値と等しい考慮することができる。このように、電池の起電力は得、電池のSOCは得ることができる。実験によるリチウム電池の充満および排出のsococvカーブは得られ、それから異なった開路の電圧のSOCの価値はsococvカーブに従ってただされる。
開路の電圧方法は電池が外的な要因、によって間違いを引き起こされる除去するためにさらに電池SOC.の実時間測定のために適していない、中間セクションの電池SOCの開路の電圧の変更中間SOC.の大きい測定そして推定の間違いに終って非常に小さい、しばらくまだ立つように要求する。
（3） Kalmanフィルター方法
Kalmanフィルター方法はシステムおよび測定の原動力の知識、仮定されたシステム騒音および測定誤差の統計的な特徴、および測定値を処理し、システム状態の最低の間違いの推定を得るのに最初の条件の情報を使用する。電気自動車のための電池のパックは入出力で構成される動的システムとみなすことができる。システムの前の知識の理解の前提で、システムの州変数同等化は確立され、次に直接測定することができない充満の状態を含むシステムの内部変数推定は、出力の証明機能の使用によって得られる。電池の同等の回路モデルか電気化学モデルに基づいて、システムの状態方程式そして測定の同等化は確立される。電池のパックの排出のテスト データに従って充満の電池の状態の推定を実現するために、電池のパックの開路の電圧はKalmanフィルター アルゴリズムによって推定される。その利点は、SOCの初期値および累積誤差の不正確な推定の問題を解決するためSOCの最低変動の推定が集められた電圧に従って回帰的な方法によって現在得ることができることであり、;不利な点は電池モデルで依存性が高く、システム・プロセッサの高速を要求することである。
3. 電池の健康の国家（soh）の定義そして計算
電池の健康の国家SOHの3.1定義
電池SOHの標準的な定義は対応するわずかな容量（実際の最初の容量）への基準状態の下で完全な州から締切り電圧への力電池によって一定のレートで解放される容量の比率である。この比率は電池の健康状態の反射である。
つまり州を電池の健康の低下の後で判断し、電池の健康の程度を測定するのに使用されている電池がしばらく使用された後、ある直接測定可能なか間接的に計算されたパフォーマンス パラメータの実際の価値とわずかな値間の比率。その実際のパフォーマンスは電池の中のある変数の変更である（内部抵抗、容量、等のような）。従って、電池の独特の量に従って電池の健康の国家SOHを定義する複数の方法がある:
（1）は残りの電池容量の観点からSOHを定義する:
SOH=Qaged/Qnew
どこで電池の最高の利用できる力はqaged、電池が使用中のときqnewは最高力である。
（2）は電池容量の観点からSOHを定義する:
SOH=CM/CN
cmがある一方、電池およびcnの現在の測定された容量は電池のわずかな容量である。
（3）は電池の内部抵抗の観点からSOHを定義する:
SOH= （（REOL-Rの）/REOL-Rnew）
その中で、reolは耐用年数の終わりに電池の内部抵抗である、工場を去る、Rは現状の電池の内部抵抗であるときRNewは電池の内部抵抗であり。
注:残りの電池容量または電池容量からのSOHを定義する上記の方式はSOHの実際の計算の方式ではないが、定義方法、すなわち、この定義方法に実際のSOHに対応する対応する独特な機能がある。例えば、単一電池の容量に基づいて、SOHは次の方式によって実際に計算することができる:
SOH= （（CM-CEOLの）/CN-CEOL）
ceolが定数である電池の寿命（捨てること）の終わりに容量であるところ。上でSOHの計算の方式は実際に（2）の定義と同等である。次は簡単な派生である:
割り当てられてSOH = cm/CN = xに定義、SOH = （cmceol）/（cnceol） = yに計算方式、仮定してceol = PCN、そしてy = （xcn pcn）/（CN - PCN） = （X-Pの）/（1-p）、すなわち、yはpが定数のXについての機能（線形関係）である。
3.2複数共通SOHの推定方法
（1）完全な排出方法
完全な排出テストは電池の完全な排出周期を要求し、次に排出容量は新しい電池のわずかな容量とテストされ、比較される。この方法は確かな方法として現在確認されるが、不利な点はまた明らかである。それはオフ・ライン電池テストおよび長いテスト時間を要求する。テストの後で、電池は再充電される必要がある。
（2）内部抵抗方法
SOHの推定は内部抵抗とSOH間の関係の確立によって遂行される。多数の調査は電池の内部抵抗とSOH間に対応するある特定の関係があることを示す。電池のサービス時間の増加によって、電池の内部抵抗は増加し、電池の利用できる力は同時に減る。SOHの推定はこのポイントを通して遂行される。
この方法にまた不利な点がある:多数の調査は電池の抵抗内部抵抗が一般的な80%とかなり異なるかもしれない80%かなり変わることを示した、-元の70%に時電池容量の減少。同時に、電池の内部抵抗はミリオームの価値であり、オンライン正確な測定はまた難しさである。
（3）電気化学のインピーダンス方法
これはより複雑な方法である。異なった頻度の多数の正弦信号を電池に加えること、および曖昧な理論に従う集められたデータを分析することによって、私達は電池の特徴を得、現在の電池の性能を予測してもいい。この方法を使用して多くのインピーダンスを要求し、インピーダンス スペクトルは理論および高い装置を関連付けた、従ってそれは今のところ推薦されない。
4. 電池の内部抵抗R
電池の内部抵抗は非常に小さい。私達は通常ミリオーム（m Ω）のそれを定義する。内部抵抗は電池の性能を測定する重要な技術索引である。通常の状況で、小さい内部抵抗の電池に強く高い現在の排出容量があり、大きい内部抵抗の電池に弱い排出容量がある。
電池の内部抵抗は抵抗内部抵抗（R Ω）および電気化学の分極の内部抵抗（レニウム）を含んでいる。リチウム イオン電池のために、リチウム イオンが電解物の電極インターフェイスで電解物、ダイヤフラムの抵抗、抵抗およびコレクター（銅のアルミ ホイル、電極）の抵抗を通るとき電池の抵抗内部抵抗（R Ω）は主に抵抗、等によって形作られる抵抗を含んでいる;電気化学の分極抵抗（レニウム）はリチウム イオン置閏の過程において分極抵抗および濃度分極の抵抗、de intercalationおよびイオン拡散および移動含んでいる。
抵抗内部抵抗（R Ω）はオームの法律および電気化学の分極の内部抵抗（レニウム）に従わないオームの法律に従う。異なったタイプの電池に別の内部抵抗がある。同じタイプの電池の内部抵抗はまた内部化学特徴の不一致が別の原因である。さらに、SOCのレニウムは電池（さらに、等に関してSOC、）の温度と等変わる。
現在、電池の内部抵抗の測定は主にそれぞれ電池のAC内部抵抗およびDCの内部抵抗を測定するDCテスト方法およびACテスト方法が含まれている。DCの内部抵抗を測定するとき、分極の内部抵抗が電極容量の分極が発生させた原因である、従って真の値電池の小さい内部抵抗が原因で測定することができない;AC内部抵抗の測定は分極の内部抵抗の影響を避け、実質の内部価値（主に抵抗内部抵抗）を得ることができる。
DCの排出の内部抵抗の測定方法:物理的な方式R= Δ V/Δ 1.に従って。試験装置は電池が現時点で電池の両端に大きい一定したDCの流れ（現在、40a-80aの大きい流れは一般に使用される）、測定を電圧変更近いうちに渡すようにし方式に従って電池の現在の内部抵抗を計算する。この方法はきちんと制御され、正確さは0.1%の内で制御することができるがまた明らかな欠点がある:（1）それは大容量電池しか測定小さい容量電池はあまり大きい流れに荷を積むことができない;（2）電池が大きい流れを通るとき、分極は分極の内部抵抗に終って電池の中に、起こる。従って、測定の時間は非常に不足分でなければならない他では測定された内部抵抗の価値の間違いは非常に大きい。
AC内部耐性検査は特別なテスト器械を一般使用、次の通り方法主義はある:特徴を使用して電池が活動的な抵抗と同等であること、固定頻度のAC信号および固定流れを電池に（現在、1kHz頻度および50mA小さい流れは一般に使用される）加え、次に電圧を、調整するろ過のような一連の処理の後で、電池の内部抵抗計算される演算増幅器回路を通って見本抽出しなさい。AC内部耐性検査方法に次の特徴がある:（1）それはほとんどすべての電池を、小さい容量電池を含んで測定でき電池へのたくさんの損害自体を与えない;（2）正確さはさざ波/計器回路の高いanti-interference能力を要求する調和的な流れによって妨げられるかもしれない;（3）リアルタイムにオンラインで測定することない。
5. 力電池の自己放電率テスト
電池の自己放電は別名充満収容力である。それは開路の州のある特定の環境条件の下で電池の貯えられた電気示す（または内部自発の反作用によって引き起こされる化学エネルギーの損失）の収容力を。一般的に、自己放電は電池の製造工程、材料および貯蔵条件によって主に影響を受けている。
最初の容量= [-排出容量の×の一時待機時間後で…] × 100%
通常より低い電池、より低いの保管温度自己放電率。但し余りに高温が電池への損害を与えには、使用不可能にさせる余りにも低いまたはかもしれないことが、注意されるべきである。一般的に、慣習的な電池は- 20の保管温度の範囲を要求する| 45 ℃。電池が開路に十分に満たされ、しばらく置かれる後、ある特定の程度の自己放電は正常な現象である。他のタイプの電池と比較されて、リチウム イオン電池の自己放電率はまだ些細であり、リチウム イオン電池の構造によって定められる容量の損失のほとんどは回復することができる。但し、不適当な周囲温度の下で、電池の耐用年数の大きい影響があるリチウム電池の自己放電率はまだ驚かせている。同時に、単一電池の自己放電の不一致は電池のパックの一貫性に影響を与える重要な要因である。自己放電の相違は大きく、電池の不一致は使用の過程においてすぐに反映される。
6. 温度の特徴
充満および排出の容量、内部抵抗および力電池の開路の電圧は温度によって影響される。
（1）周囲温度にリチウム鉄の隣酸塩電池の容量の大きい影響がある。容量は低温で急速に腐り、がある特定の温度の上昇で急速に増加する、変更率は低温にそれよりより少しである。ある特定の範囲を越えて、容量は温度の増加と腐る。
（2）電池の抵抗内部抵抗そして総内部抵抗の周囲温度の影響は明らかである。通常より低い温度、より大きい内部抵抗。抵抗内部抵抗は分極の内部抵抗より温度に敏感であり、抵抗内部抵抗の変更は低温により敏感である。
（3）電池のsococvカーブに異なった温度で少し相違がある。より低い温度、より低いsococvカーブ。そしてカーブの偏差の速度は低温でより大きい。
