車載電池管理系統SOC現狀分析與挑戰

■庫倫效率是放出電量與充電電量的比值，更好的庫倫效率，電池穩定性越好，容量折損越少，使用壽命越長。庫倫效率與溫度、倍率放電、放電深度DOD、循環次數等有關。

■SOC初值直接影響通過安時積分法和OCV方法計算的瞬時SOC，一般在電池均衡后標定準確，其影響因素與SOC的同樣。

■DOD放電深度不同，穩定開路電壓值也不同，如果過度充放電會造成電池不可逆的容量損失，過度充放會直接降低電池整體容量。

■內阻方面分交流內阻和直流內阻。功率和容量因素主要是直流內阻影響。直流內阻分為歐姆內阻和極化內阻。歐姆內阻由電極材料、電解液、隔膜等影響;極化內阻分為歐姆極化、活化極化、濃差極化，極化內阻同材料、工藝和工作條件密切相關。

簡單歸納下內阻特性如下：

■材料特性方面，正極的電壓斜率大如三元的三相變，電壓好標定，斜率小如磷酸鐵鋰的兩相變化，電壓不好標定;電解液的溫度特性、電壓特性，溫度、電壓窗口越大，電解液越穩定，循環效率越大，容量損失越小;隔膜的浸潤性、孔隙率、厚度、電阻等。

■工藝一方面比較重要的是散熱工藝、電解液體系、壓實密度等直接影響材料特性和環境溫度，另一方面工藝也直接影響電池的一致性，一致性越好，SOC的標定也越準確。

(部分是穩定狀態，部分是工作狀態)

總體來說SOC的影響因素如上，這些因素是非線性互相影響，精確標定SOC非常困難。精確標定的SOC能提高電池使用壽命，提高輸出功率，提高經濟性和降低維護成本。除此之外，精確標定SOC的基礎也能對電池安全有幫助。

四、電池安全

新能源汽車在發展過程中，安全性是第一位的，沒有安全，環保和經濟性都是沒有意義的。其中，BMS主要負責電池的保護、監測、信息傳輸，其中保護是根據監測來判斷，監測有電池的外部特性如電壓、電流、溫度等信息。SOC是依據這些監測的外部特性信息計算出來的傳輸信息。SOC告知車主當前電量的同時，也讓汽車了解自身電量，防止過充過放，提高均衡一致性，提高輸出功率減少額外冗余。系統底層內部都是經過復雜的算法計算，保證汽車安全持續穩定運行，提高安全性。

■過充過放

過充是指電池達到滿充狀態后還繼續充電。判斷滿充狀態與否，是根據電池安全性和保證電池持續可逆循環容量來決定的電池充電最大值。如果滿充之后繼續充電，將會導致正極鋰離子過度脫出，晶體結構坍塌;溫度上升，正極材料不可逆分解，減少正極材料活性容量，增加電解液副反應，釋放氧氣和熱量。

負極可能析出鋰枝晶，穿刺隔膜導致內部短路;溫度升高使SEI膜溶解脫落，降低循環壽命，加大潛在歐姆內阻。

過充過放正常情況下會降低電池壽命，造成不可逆容量損失，減少輸出功率，續航能力和爬坡性能降低;重則導致起火燃燒，很多事故就是過充過放引起的。

■均衡一致性

新能源汽車的部分或全部能源來自電能，驅動電機控制器、電機運轉、冷熱空調、儀器儀表等等。電池由單電池電芯形成模組形成電池箱，單個電芯電壓容量低，所以需要成組串并聯，串聯提高電壓，增加輸出功率，并聯提高容量，提高續航里程。

但是單個電芯不一致導致輸出功率嚴重降低，續航里程下降，繼而導致過充過放等現象的發生。此時需要對電池進行均衡，雖然目前國內流行主動均衡和被動均衡，但接下來不討論兩者差別，而討論目前的均衡指標。

目前主流的均衡指標有電池實際容量、電池端電壓和電池荷電狀態三種。

▲電池實際容量均衡是讓電池實際容量趨于一致為目的，其辦法是將充滿狀態的電池組繼續小電流充電，即用過充辦法直到正負極板上出現氣泡，消除小容量對整體電池性能的影響，但是過充影響電池壽命，不安全。

▲電池端電壓均衡是將端電壓趨于一致為目的。但實際情況下，充電時內阻大的電壓端電壓大，需要對其放電均衡，內阻小的端電壓小，需要對其充電均衡;而在放電時候情況完全相反，內阻大的端電壓小，需要對其充電均衡，內阻小的端電壓大，需要對其放電均衡。這樣整個充放電均衡過程非常混亂，效果并不理想。

▲電池荷電狀態均衡是將電池SOC值一致為目的，提高功率輸出，保證安全性。但是難點也在SOC不確定影響因素太多，如何精確估算SOC是關鍵。

■提高續航里程

精確SOC能便能放心減少額外冗余，提高電池可使用容量，增加續航里程。

五、總結

在新能源汽車蓬勃發展的今天，安全問題是第一問題。SOC是BMS的核心之一，保證電池安全，提高動力性能和循環壽命，經濟效應和功能效應顯著。解決安全問題，行業才能長久發展，掌握核心能力，企業才有可能成為行業獨角獸。