13、电池电量计量：原理、方法与研究进展

电池电量计量：原理、方法与研究进展

1. 引言

电池电量计（BFG）是电池管理系统（BMS）中至关重要的部分。它基于对电池的三项连续测量——电池两端的电压（端电压）、通过电池的电流以及电池表面不同点的温度，来估算电池的荷电状态（SOC）、健康状态（SOH）、关机时间（TTS）和剩余使用寿命（RUL）。这些估算结果在其他重要的电池操作中发挥着关键作用，如优化充电、电荷平衡和热平衡。

BFG面临的挑战在于，无法直接测量所需的参数（SOC、TTS、SOH和RUL），必须根据电压、电流和温度这三项直接测量值进行估算。电池的开路电压（OCV）与SOC之间存在非线性关系，每种电池化学体系的OCV - SOC曲线参数都需要通过实验和经验方法进行估算。电池的SOH与这三项直接测量值没有直接关系，需要针对每个电池采用累积方法进行计算。此外，计算可用功率需要知道电池的内部阻抗，但阻抗会随电池使用时间、温度和使用情况而变化，需要不断重新估算以确保BFG输出的准确性。同样，电池容量也会随时间、温度和使用情况而改变，也需要重新估算。最后，测量噪声也是影响BFG性能的重要因素。

2. 荷电状态（SOC）

2.1 SOC的定义

SOC是指电池中剩余的库仑数与电池容量的比值，即：
[SOC = \frac{Remaining\ charge}{Battery\ capacity}]
其中，(SOC \in [0, 1])。需要注意的是，电池容量会受到多种因素的影响，如温度、使用时间和放电速率等。

在实际应用中，许多电池电量计系统将SOC定义为额定电池容量的比值，用户（即电池工程师）可以定义额定电池容量，同时也可以定义测量电池