BMS未準(zhǔn)確定義 SOC何來(lái)高精度（一）

SOC(state of charge)算法一直是電池管理系統(tǒng)（BMS）開(kāi)發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此討論SOC算法的技術(shù)文章很常見(jiàn)，企業(yè)對(duì)SOC估算的高精度也往往是宣傳的亮點(diǎn)。而關(guān)于SOC詳盡的解釋和定義卻不常被考慮，從而導(dǎo)致了SOC算法結(jié)果的參考價(jià)值大打折扣。顯而易見(jiàn)若SOC的概念都是模糊的，又何來(lái)精確的SOC呢？因此作者希望通過(guò)本文分析幾種維度下的SOC值，以及這些SOC值的作用。

粗率的說(shuō)，SOC=剩余容量/額定容量，而要準(zhǔn)確表述SOC的意義就要對(duì)計(jì)算的分母——額定容量(Total Capacity)和分子——剩余容量(Residual Capacity)進(jìn)行更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x。以下是某些企業(yè)和組織關(guān)于SOC的定義

(1)美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合會(huì)(USABC)在其《電動(dòng)汽車(chē)電池實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》中定義SOC 為:電池在一定放電倍率下, 剩余電量與相同條件下額定電量(Ah)的比值。

(2)韓國(guó)起亞汽車(chē)公司定義SOC為SOC= 剩余可用能量 / 總的可用能量(Wh)。

(3)日本本田公司電動(dòng)汽車(chē)EV Plus定義SOC為SOC = 剩余電量 / (額定電量 - 電量衰減)；剩余電量(Ah)= 額定電量 - 凈放電量 - 自放電量 - 溫度補(bǔ)償電量。

SOC算法首要的難點(diǎn)便是針對(duì)不同的“功能需求”進(jìn)行額定容量和剩余容量的定義，同時(shí)這兩個(gè)參數(shù)一旦從不同的性質(zhì)維度、溫度維度、電池生命周期維度去觀察，則可能計(jì)算出不同的SOC值。首先解釋什么是“功能需求”。在計(jì)算出電池組系統(tǒng)的SOC值后，有多個(gè)功能模塊將調(diào)用SOC值作為其的輸入，同時(shí)不同的功能模塊調(diào)用SOC值的需求也不盡相同。大致可以將“功能需求”分為三類(lèi)

1.用戶參考需求

第一類(lèi)是最常見(jiàn)的需求，即用戶需要對(duì)電池系統(tǒng)剩余的可用能量進(jìn)行評(píng)估，從而決策對(duì)產(chǎn)品的使用方式。因此用戶更為在意的是與運(yùn)行距離或使用時(shí)間對(duì)應(yīng)的SOC關(guān)系。

2.整車(chē)控制策略參考需求

第二類(lèi)是整車(chē)控制策略需要參考的SOC值，從而對(duì)行駛策略進(jìn)行管理。尤其是混動(dòng)汽車(chē)需要將SOC值始終控制在適合的區(qū)域內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排(SOC不能太高，確保剎車(chē)能量能盡可能多的回收)，提升性能(SOC不能太低，確保加速過(guò)程的大功率輸出)，提高能量效率(保持在低內(nèi)阻SOC區(qū)間運(yùn)行)，延長(zhǎng)電池壽命(保持長(zhǎng)期運(yùn)行淺充淺放)的作用。因此整車(chē)控制器更為在意的是功率特性和壽命衰減對(duì)應(yīng)的SOC關(guān)系。

3.電池管理算法參考需求

第三類(lèi)是電池管理算法中需要參考的SOC值，由于電池組系統(tǒng)將隨著使用和擱置從BOL狀態(tài)向EOL狀態(tài)過(guò)渡，而B(niǎo)MS則需要對(duì)電池系統(tǒng)全生命周期進(jìn)行管理。因此電池管理算法更為在意的是在內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)，使算法在BOL和EOL之間的任一狀態(tài)找到可以互相等價(jià)的SOC關(guān)系。類(lèi)似于工程經(jīng)濟(jì)學(xué)中利用時(shí)間價(jià)值模型將不同階段的資金通過(guò)折現(xiàn)率算法(discount rate) 計(jì)算，從而進(jìn)行轉(zhuǎn)化或比較。

由此可見(jiàn)要滿足不同“功能模塊”對(duì)SOC值的參考需求，SOC值的含義需要更多元，對(duì)不同功能輸出的SOC值要更精準(zhǔn)。接下來(lái)我們就需要討論該從哪幾個(gè)維度去定義SOC值

1.容量性質(zhì)維度

進(jìn)行容量積分運(yùn)算的時(shí)候我們可以根據(jù)電荷守恒定律選擇以安時(shí)(Ah)為單位，也可以根據(jù)能量守恒定律選擇以瓦時(shí)(Wh)為單位。如下圖所示，以容量C為X軸，以電壓V為Y軸。不同溫度下1C放電截止在X軸上的點(diǎn)為當(dāng)前溫度下電池的電量(mAh)，而各個(gè)放電曲線與X、Y軸形成的面積為當(dāng)前溫度下電池的能量(wh)。從圖中可以看出在低溫環(huán)境下電池電壓平臺(tái)顯著下降，因此在低溫下即使總電量損失不明顯，但總能量將大大降低。因此當(dāng)SOC值被用于衡量續(xù)航的時(shí)候，顯然用能量(Wh)這個(gè)維度表征更加適合。舉例如果用電量(Ah)的維度來(lái)計(jì)算，將會(huì)出現(xiàn)100%至50%的過(guò)程比50%至0%所釋放的能量(wh)多的情況，用戶可能會(huì)因此對(duì)續(xù)航做出過(guò)于樂(lè)觀的判斷，導(dǎo)致半路拋錨。這就是第一個(gè)要考慮的定義容量性質(zhì)的維度。

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