在所有這些化學(xué)物質(zhì)中，過度充電都會造成損壞或安全風(fēng)險。 在鉛酸電池的情況下，過充電電壓是有限的，多余的電流會在水分解、氫氣和氧氣釋放以及產(chǎn)生熱量的過程中消散。 增加電流不會增加電壓，它會增加氣體和失水率并導(dǎo)致溫度升高。 特別是當(dāng)需要電池或電池均衡時，可以容忍一些過充電。

對于鋰離子電池，由于電池中包含 BMS，因此難以過度充電。 一旦達到終止電壓或溫度變得過高，這將切斷電流供應(yīng)。 這是必要的預(yù)防措施，因為鋰離子電池含有揮發(fā)性電解質(zhì)，在較高溫度下會釋放出來。 鋰離子電池中電解液的蒸汽會著火，使過度充電非常危險。 NiCad 和 NiMH 電池不應(yīng)過度充電，因為它們會失去氧氣和電解質(zhì)，即使它們是密封版本。

電池的 SOC 有幾個指標(biāo)：在其端子處測得的靜止電壓、電解液的比重（滿溢開式電池）或阻抗值。 它們因電池化學(xué)成分而異，因此，最好分別查看每種類型：
1.鉛酸。
比重。
充電和放電時極板與硫酸的反應(yīng)決定了電池中酸與水的比例。

當(dāng)加入硫酸濃度高時，當(dāng)排放時它較低（方程式 1）。 因為酸的密度是1.84，水的密度是比重的1，所以電解液的SG在充電時增加，在放電時減少。
該反應(yīng)具有一階關(guān)系，這意味著濃度的變化是線性的，因此 SG 的測量給出了電池 SOC 的直接指示，圖 3。 5.

一個注意事項：這不適用于正在進行電池充電和批量充電或預(yù)充氣階段的情況。 沒有電解液攪拌，充電時產(chǎn)生的濃酸會下沉，使大部分電解液更稀，直到達到每個電池 2.4 伏的電壓。 從這一點開始，板中產(chǎn)生的氣體將產(chǎn)生攪拌作用以混合酸。

靜止電壓：這可以是 SOC 的指示，與電池的比重有以下關(guān)系：

• 靜止電壓 = SG + 0.84 ……………………………………………………………..eq 2

例如，比重為 1.230 的 2V 電池的靜止電壓為 1.230 + 0.84 = 2.07 伏

使用這種關(guān)系可以給出電池 SOC 的相當(dāng)準(zhǔn)確的指示，但是，不同的電池具有不同的 SG 工作范圍，因此與具有 1.28 頂部 SG 的 OPzS 相比，VRLA SG 的最高充電條件可能是 1.32。 溫度也會影響 SG，從而影響電池電壓。 溫度對開路電壓的影響見表 2。

另一個因素是新充電的電池在充電時會形成硫酸，因此極板附近的酸濃度很高。 這就是為什么充電后電壓會在一段時間內(nèi)保持高位，可能長達 48 小時，然后才會穩(wěn)定在一個一致的值。 除非對電池進行短暫放電，否則在讀取電壓讀數(shù)之前，它必須休息以平衡酸濃度。

SOC測量所需的工具
這些包括用于電壓測量的直流電壓表或萬用表和用于比重讀數(shù)的比重計。
對于充滿電的電池，除放電測試外，比重計是確定充電狀態(tài)的最佳方法。 比重計的使用確實需要一些練習(xí)，并且應(yīng)該非常小心地進行。 程序是將電池放置在合適的位置，以便可以在眼睛高度讀取比重計讀數(shù)（上面的圖 6）。

對于密封電池，不可能使用比重計，因此測量剩余電壓是唯一的選擇。 該方法適用于密封鉛酸蓄電池和富液鉛酸蓄電池。
為此，應(yīng)將萬用表設(shè)置為適當(dāng)?shù)淖畲箅妷?，以確保它可以讀取 12 伏以上的電壓，而且還可以產(chǎn)生至少 2 個小數(shù)位的精度。 使用等式 2，電壓可以在溫度調(diào)整后用于估計SG，從而估計電池的SOC，前提是制造商對充滿電的電池的SG值是已知的。

在使用電壓或比重計測量荷電狀態(tài)、SOC 的兩種情況下，都需要應(yīng)用溫度補償。 BCI 提供的表 2 給出了對比重計和電壓計讀數(shù)的適當(dāng)調(diào)整。

表 2 電解液比重和電壓讀數(shù)隨溫度的補償

電解液溫度華氏 (°F)	電解液溫度攝氏度 (°C)	添加或減去比重計的 SG 讀數(shù)	添加或減去數(shù)字電壓表的讀數(shù)
160°	71.1°	+.032	+.192 伏
150°	65.6°	+.028	+.168 伏
140°	60.0°	+.024	+.144 伏
130°	54.4°	+.020	+.120 伏
120°	48.9°	+.016	+.096 伏
110°	43.3°	+.012	+.072 伏
100°	37.8°	+.008	+.048 伏
90°	32.2°	+.004	+.024 伏
80°	26.7°	0	0 伏
70°	21.1°	-.004	-.024 伏
60°	15.6°	-.008	-.048 伏
50°	10°	-.012	-.072 伏
40°	4.4°	-.016	-.096 伏
30°	-1.1°	-.020	-.120 伏
20°	-6.7°	-.024	-.144 伏
10°	-12.2°	-.028	-.168 伏
0°	-17.6°	-.032	-.192 伏

2. 鋰離子、鎳氫和鎳鎘。
對于所有這些化學(xué)物質(zhì)，SOC 測量提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 所有都具有非常平坦的放電曲線，完全充電和放電狀態(tài)之間的電壓差非常小。 NiCd 和 NiMH 電池內(nèi)的充放電反應(yīng)不會明顯改變電解質(zhì)的 SG，并且所有鋰離子化學(xué)物質(zhì)都在完全密封的電池中運行。 這使得對使用中的電池進行靜態(tài)或隨機抽查幾乎是不可能的，對于非專業(yè)用戶來說當(dāng)然是不可能的。 這些化學(xué)物質(zhì)的當(dāng)前最先進狀態(tài)充電狀態(tài)、SOC 測量基于其操作期間獲取的動態(tài)讀數(shù)。

它們可以基于安時計數(shù)、對放電電流的電壓響應(yīng)，甚至是恒定電流脈沖。 測量設(shè)備通常內(nèi)置于昂貴或復(fù)雜的設(shè)備中，例如電動汽車或工業(yè)機器，在這些設(shè)備中需要知道可用的運行時間。 在手動工具等不太復(fù)雜的設(shè)備中，注意到工具停止或運行速度較慢是唯一可用的跡象。

有市售的阻抗譜測試儀可以測量電池的內(nèi)部阻抗以預(yù)測其充電狀態(tài)。 這些設(shè)備依賴于一種基于測試數(shù)百個處于不同充電狀態(tài)和不同年齡的電池來預(yù)測 SOC 的算法。 結(jié)果特定于特定電池的化學(xué)性質(zhì)和年齡。 為使算法進行的測試越多，算法就越準(zhǔn)確。

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本文由日本NEC鋰電池中國營銷中心于2023-05-12 10:36:03 整理發(fā)布。
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