SOC


SOC定義

電池的荷電狀態,英文單詞為State of Charge,簡稱SOC,顧名思義就是指電池中剩余電荷的可用狀態,一般用一個百分比來表示。最經典的SoC的定義可以用以下式子來表示:

(1) SOC=Q_remain/Q_rated ×100%

其中為電池的標稱(額定)的電荷容量,為電池中剩余的電荷余量。如果認為為一個不變的值,也就是認為剩余的電荷余量總是等於標稱容量減去已放出的電荷量的話,則SoC可以用以下一個等效的式子來表示:

(2) SOC=Q_remain/(Q_discharged+Q_remain )×100%

其中Q_discharged表示在最近一次充滿電之后,電池中已經放掉的電荷。

剩余電量及SoC概念的正確理解

要正確理解剩余電量的概念,需要注意以下幾個問題:

標稱容量Q_rated與實際最大電荷容量Q_ture的區別

表1給出的是A、B、C三個廠家所提供的全新的電池樣本的實際電倚容量與標稱值之間的對比。

表1三個全新電池樣本實際電荷容量與標稱值對比

(測試溫度25℃,放電倍率0.02C)

A廠家樣本 B廠家樣本 C廠家樣本

標稱值Q_rated 100Ah 100Ah 80Ah

實際最大容量Q_true 115Ah 103Ah 83Ah

表中可見,電池所能放出的實際電荷量與標稱值並不完全相等。另外,隨着電池的老化,電池所能放出的實際最大電荷量也在不斷交小。

因此,在實際工作中,我們給出兩點建議:

第一,式(1)的分母可以采用實際最大電荷容量Q_ture,前提是這個實際最大電荷容量是可以准確獲得的,這可以通過經常對電池進行評測,不斷對實際最大容量Q_ture進行校准來獲得(或者通過實時在線估算實際最大可用容量)。

第二,在實際最大電荷容量Q_ture不可准確獲得的情況下,應采用標稱容量Q_rated,因為Q_rated是不隨時間等因素變化的,容易通過SoC的值換算出Q_remain。當然,采用Q_rated作分母可能會導致某些時候SOC的評估值會出現大於100%的情況,這也是允許的。

剩余電荷Q_remain受多種因素影響,並不能完全釋放。

一般而言,式(1)的經典定義中的分子Q_remain,受多種因素影響,並不能完全釋放。如果剩余電量的評估是為了估算電動汽車所能行駛的剩余里程,使用廣義的剩余電量的概念是不合適的。從放電倍率特性測試的結果來看,某一個動力電池在某一時刻所帶的剩余電量雖然是一定的,但它們並不一定能完全以電動汽車所需求的功率釋放出來。這可以類比在日常生活中,我們使用手機時,在手機“低電”報警狀態下,一打電話就馬上自動關機,但如果重新開機以后,又可以繼續待機幾個小時。這說明電池里面並非沒有剩余電荷,而是剩余電荷不能按照用戶的需求以較大電流釋放出來。

表2為,A廠家標稱為100Ah的一個新的動力電池樣本在不同溫度、不同放電倍率條件下實際可放出的電荷數量。

表2同一電池樣本在不同溫度下以不同倍率放電的容量(注:標稱電量100Ah)

0.2C(20A) 0.5C(50A) 1.0C(100A)

25℃ 110Ah 105Ah 100Ah

40℃ 112Ah 108Ah 103Ah

 

從表中可以看出,一個充滿了的電池所能放出的電荷的最大值受放電倍率、環境溫度等因素影響,不是一個恆常的值,也不能完全等同於標稱容量Q_rated。

已放電荷Q_discharged並不一定可以測量

使用式(2)隱含了一個前提條件,就是電池的上一次充電是100%充滿的。在動力電池的實際使用中常常會出現以下情況:電池在使用一段時間以后進行短暫充電,但未及充滿之前就斷開充電機准備繼續使用。此時Q_discharged的計量就失去了意義,無法通過式(2)來評估SoC的值了。這種情況在油電混合動力汽車中更為普遍。

 

參考:動力電池系統-SOC-概念 - 知乎 (zhihu.com)


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