车载电池管理系统SOC现状分析与挑战

极极化影响，电化学反应速度赶不上充电电荷传递速度，形成极化电势，使充电过程中和结束后一段时间开路电压高于稳定值。倍率越大极化越大，瞬时电压与真实电压误差越大。（这也是为何大电流充电电量不经用的原因——高倍率充电状态的电压值短时间偏大导致SOC值偏大，此时SOC值如果未计入高倍率充电误差系数将会失真严重）放电情况相反。

　　■瞬时放电电流高，电子迁移出去但正价锂离子还未迁移出去，使负极电势提高，正极得到电子但正价锂离子还未嵌入，使正极电势降低，两者情况共同作用，使总开路电压降低。倍率越高越明显，瞬时放电相反。

　　■温度越高，内阻越低，电解液离子迁移速度越快，电极活性提高，相对可以提高电池的容量和输出功率。实际SOC因温度升高变高，温度降低而变低。

　　■停放时间一是因为极化电势的衰减，二是自放电导致电量降低。当时间足够长，与自放电率的乘积便是电量修正减值。

　　■库伦效率是放出电量与充电电量的比值，更好的库伦效率，电池稳定性越好，容量折损越少，使用寿命越长。库伦效率与温度、倍率放电、放电深度DOD、循环次数等有关。

　　■SOC初值直接影响通过安时积分法和OCV方法计算的瞬时SOC，一般在电池均衡后标定准确，其影响因素与SOC的同样。

　　■DOD放电深度不同，稳定开路电压值也不同，如果过度充放电会造成电池不可逆的容量损失，过度充放会直接降低电池整体容量。

　　■内阻方面分交流内阻和直流内阻。功率和容量因素主要是直流内阻影响。直流内阻分为欧姆内阻和极化内阻。欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜等影响；极化内阻分为欧姆极化、活化极化、浓差极化，极化内阻同材料、工艺和工作条件密切相关。

　　简单归纳下内阻特性如下：

　　■材料特性方面，正极的电压斜率大如三元的三相变，电压好标定，斜率小如磷酸铁锂的两相变化，电压不好标定；电解液的温度特性、电压特性，温度、电压窗口越大，电解液越稳定，循环效率越大，容量损失越小；隔膜的浸润性、孔隙率、厚度、电阻等。

　　■工艺一方面比较重要的是散热工艺、电解液体系、压实密度等直接影响材料特性和环境温度，另一方面工艺也直接影响电池的一致性，一致性越好，SOC的标定也越准确。

　　（部分是稳定状态，部分是工作状态）

　　总体来说SOC的影响因素如上，这些因素是非线性互相影响，精确标定SOC非常困难。精确标定的SOC能提高电池使用寿命，提高输出功率，提高经济性和降低维护成本。除此之外，精确标定SOC的基础也能对电池安全有帮助。

　　四、电池安全

　　新能源汽车在发展过程中，安全性是第一位的，没有安全，环保和经济性都是没有意义的。其中，BMS主要负责电池的保护、监测、信息传输，其中保护是根据监测来判断，监测有电池的外部特性如电压、电流、温度等信息。SOC是依据这些监测的外部特性信息计算出来的传输信息。SOC告知车主当前电量的同时，也让汽车了解自身电量，防止过充过放，提高均衡一致性，提高输出功率减少额外冗余。系统底层内部都是经过复杂的算法计算，保证汽车安全持续稳定运行，提高安全性。

　　■过充过放

　　过充是指电池达到满充状态后还继续充电。判断满充状态与否，是根据电池安全性和保证电池持续可逆循环容量来决定的电池充电最大值。如果满充之后继续充电，将会导致正极锂离子过度脱出，晶体结构坍塌；温度上升，正极材料不可逆分解，减少正极材料活性容量，增加电解液副反应，释放氧气和热量。

　　负极可能析出锂枝晶，穿刺隔膜导致内部短路；温度升高使SEI膜溶解脱落，降低循环寿命，加大潜在欧姆内阻。

　　过充过放正常情况下会降低电池寿命，造成不可逆容量损失，减少输出功率，续航能力和爬坡性能降低；重则导致起火燃烧，很多事故就是过充过放引起的。

　　■均衡一致性

　　新能源汽车的部分或全部能源来自电能，驱动电机控制器、电机运转、冷热空调、仪器仪表等等。电池由单电池电芯形成模组形成电池箱，单个电芯电压容量低，所以需要成组串并联，串联提高电压，增加输出功率，并联提高容量，提高续航里程。

　　但是单个电芯不一致导致输出功率严重降低，续航里程下降，继而导致过充过放等现象的发生。此时需要对电池进行均衡，虽然目前国内流行主动均衡和被动均衡，但接下来不讨论两者差别，而讨论目前的均衡指标。

　　目前主流的均衡指标有电池实际容量、电池端电压和电池荷电状态三种。

▲电池实际容量均衡是让电池实际容量趋于一致为目的，其办法是将充满状态的电池组继续小电流充电，即用过充办法直到