分析如何用超聲進(jìn)行檢測(cè)電池SoC狀態(tài)！

對(duì)于鋰離子電池管理系統(tǒng)BMS非常重要的一個(gè)功能就是對(duì)電池的SoC狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，SoC既電池的荷電狀態(tài)，state ofcharge的縮寫(xiě)，電池的SoC對(duì)于電池的管理十分重要，可以指導(dǎo)電池的充放電，防止發(fā)生過(guò)充過(guò)放，延緩電池的衰降。但是對(duì)于鋰離子電池而言，電池的SoC狀態(tài)并不是與電壓呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，這就為電池SoC的預(yù)測(cè)制造了重重的阻礙。一般而言，電池的電壓與電池的SoC，工作電流和溫度等因素密切相關(guān)，因此為了提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，往往需要復(fù)雜的模型。目前比較常見(jiàn)的模型一般分為兩大類(lèi)：1）等效電路模型，這種模型一般是根據(jù)電池的測(cè)量結(jié)果，將電池等效成為一個(gè)由電阻、電容等多種電子元器件組成的電路，并根據(jù)該模型進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的SoC的預(yù)測(cè)；2）電化學(xué)模型，這種模型更多的是關(guān)注鋰離子電池內(nèi)在的反應(yīng)機(jī)理，通過(guò)數(shù)學(xué)模型對(duì)電池的正極、負(fù)極、界面膜和電解液等組分進(jìn)行建模，模擬它們?cè)诔浞烹娺^(guò)程中的行為特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池的SoC的預(yù)測(cè)。

上面這些SoC預(yù)測(cè)方法都是基于我們常見(jiàn)的電壓和電流、溫度等參數(shù)，通過(guò)間接的方法推導(dǎo)鋰離子電池的SoC狀態(tài)，由于電池模型誤差的存在，因此難以對(duì)電池的SoC狀態(tài)進(jìn)行高精度的預(yù)測(cè)。來(lái)自德國(guó)Fraunhofer硅酸鹽研究所的Lukas Gold等人提出了一種利用超聲波檢測(cè)的手段確定鋰離子電池SoC狀態(tài)的方法。為了便于理解Lukas Gold提出的方法的工作原理，我們需要簡(jiǎn)單介紹一下鋰離子電池的反應(yīng)原理，在鋰離子電池充電的過(guò)程中，Li+首先從正極脫出，擴(kuò)散負(fù)極表面，然后嵌入到石墨負(fù)極的晶格內(nèi)部，隨著Li+的嵌入，石墨顆粒會(huì)發(fā)生一定程度的體積膨脹，導(dǎo)致負(fù)極極片的孔隙率發(fā)生變化，而超聲波對(duì)于孔隙率的變化十分敏感，因此也就能夠高靈敏的檢測(cè)電池的SoC狀態(tài)。

為了研究負(fù)極對(duì)超聲波的反饋，LukasGold假設(shè)負(fù)極結(jié)構(gòu)中所有的空隙都填滿(mǎn)了電解液，并根據(jù)Biot的“彈性波在液體填充的多孔固體中的傳播理論”建立了理論模型。為了驗(yàn)證這一理論的準(zhǔn)確性，Lukas Gold采用方形1.2Ah電池進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)中選用了RCN脈沖作為超聲波源，試驗(yàn)原理如下圖所示：

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