SOC
SOC定义
电池的荷电状态,英文单词为State of Charge,简称SOC,顾名思义就是指电池中剩余电荷的可用状态,一般用一个百分比来表示。最经典的SoC的定义可以用以下式子来表示:
(1) SOC=Q_remain/Q_rated ×100%
其中为电池的标称(额定)的电荷容量,为电池中剩余的电荷余量。如果认为为一个不变的值,也就是认为剩余的电荷余量总是等于标称容量减去已放出的电荷量的话,则SoC可以用以下一个等效的式子来表示:
(2) SOC=Q_remain/(Q_discharged+Q_remain )×100%
其中Q_discharged表示在最近一次充满电之后,电池中已经放掉的电荷。
剩余电量及SoC概念的正确理解
要正确理解剩余电量的概念,需要注意以下几个问题:
标称容量Q_rated与实际最大电荷容量Q_ture的区别
表1给出的是A、B、C三个厂家所提供的全新的电池样本的实际电倚容量与标称值之间的对比。
表1三个全新电池样本实际电荷容量与标称值对比
(测试温度25℃,放电倍率0.02C)
A厂家样本 B厂家样本 C厂家样本
标称值Q_rated 100Ah 100Ah 80Ah
实际最大容量Q_true 115Ah 103Ah 83Ah
表中可见,电池所能放出的实际电荷量与标称值并不完全相等。另外,随着电池的老化,电池所能放出的实际最大电荷量也在不断交小。
因此,在实际工作中,我们给出两点建议:
第一,式(1)的分母可以采用实际最大电荷容量Q_ture,前提是这个实际最大电荷容量是可以准确获得的,这可以通过经常对电池进行评测,不断对实际最大容量Q_ture进行校准来获得(或者通过实时在线估算实际最大可用容量)。
第二,在实际最大电荷容量Q_ture不可准确获得的情况下,应采用标称容量Q_rated,因为Q_rated是不随时间等因素变化的,容易通过SoC的值换算出Q_remain。当然,采用Q_rated作分母可能会导致某些时候SOC的评估值会出现大于100%的情况,这也是允许的。
剩余电荷Q_remain受多种因素影响,并不能完全释放。
一般而言,式(1)的经典定义中的分子Q_remain,受多种因素影响,并不能完全释放。如果剩余电量的评估是为了估算电动汽车所能行驶的剩余里程,使用广义的剩余电量的概念是不合适的。从放电倍率特性测试的结果来看,某一个动力电池在某一时刻所带的剩余电量虽然是一定的,但它们并不一定能完全以电动汽车所需求的功率释放出来。这可以类比在日常生活中,我们使用手机时,在手机“低电”报警状态下,一打电话就马上自动关机,但如果重新开机以后,又可以继续待机几个小时。这说明电池里面并非没有剩余电荷,而是剩余电荷不能按照用户的需求以较大电流释放出来。
表2为,A厂家标称为100Ah的一个新的动力电池样本在不同温度、不同放电倍率条件下实际可放出的电荷数量。
表2同一电池样本在不同温度下以不同倍率放电的容量(注:标称电量100Ah)
0.2C(20A) 0.5C(50A) 1.0C(100A)
25℃ 110Ah 105Ah 100Ah
40℃ 112Ah 108Ah 103Ah
从表中可以看出,一个充满了的电池所能放出的电荷的最大值受放电倍率、环境温度等因素影响,不是一个恒常的值,也不能完全等同于标称容量Q_rated。
已放电荷Q_discharged并不一定可以测量
使用式(2)隐含了一个前提条件,就是电池的上一次充电是100%充满的。在动力电池的实际使用中常常会出现以下情况:电池在使用一段时间以后进行短暂充电,但未及充满之前就断开充电机准备继续使用。此时Q_discharged的计量就失去了意义,无法通过式(2)来评估SoC的值了。这种情况在油电混合动力汽车中更为普遍。