車載電池管理系統(tǒng)SOC現(xiàn)狀分析與挑戰(zhàn)

■庫(kù)倫效率是放出電量與充電電量的比值，更好的庫(kù)倫效率，電池穩(wěn)定性越好，容量折損越少，使用壽命越長(zhǎng)。庫(kù)倫效率與溫度、倍率放電、放電深度DOD、循環(huán)次數(shù)等有關(guān)。

■SOC初值直接影響通過(guò)安時(shí)積分法和OCV方法計(jì)算的瞬時(shí)SOC，一般在電池均衡后標(biāo)定準(zhǔn)確，其影響因素與SOC的同樣。

■DOD放電深度不同，穩(wěn)定開路電壓值也不同，如果過(guò)度充放電會(huì)造成電池不可逆的容量損失，過(guò)度充放會(huì)直接降低電池整體容量。

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

簡(jiǎn)單歸納下內(nèi)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(biāo)定，斜率小如磷酸鐵鋰的兩相變化，電壓不好標(biāo)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(wěn)定，循環(huán)效率越大，容量損失越小;隔膜的浸潤(rùn)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(shí)密度等直接影響材料特性和環(huán)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(biāo)定也越準(zhǔn)確。

(部分是穩(wěn)定狀態(tài)，部分是工作狀態(tài))

總體來(lái)說(shuō)SOC的影響因素如上，這些因素是非線性互相影響，精確標(biāo)定SOC非常困難。精確標(biāo)定的SOC能提高電池使用壽命，提高輸出功率，提高經(jīng)濟(jì)性和降低維護(hù)成本。除此之外，精確標(biāo)定SOC的基礎(chǔ)也能對(duì)電池安全有幫助。

四、電池安全

新能源汽車在發(fā)展過(guò)程中，安全性是第一位的，沒(méi)有安全，環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性都是沒(méi)有意義的。其中，BMS主要負(fù)責(zé)電池的保護(hù)、監(jiān)測(cè)、信息傳輸，其中保護(hù)是根據(jù)監(jiān)測(cè)來(lái)判斷，監(jiān)測(cè)有電池的外部特性如電壓、電流、溫度等信息。SOC是依據(jù)這些監(jiān)測(cè)的外部特性信息計(jì)算出來(lái)的傳輸信息。SOC告知車主當(dāng)前電量的同時(shí)，也讓汽車了解自身電量，防止過(guò)充過(guò)放，提高均衡一致性，提高輸出功率減少額外冗余。系統(tǒng)底層內(nèi)部都是經(jīng)過(guò)復(fù)雜的算法計(jì)算，保證汽車安全持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，提高安全性。

■過(guò)充過(guò)放

過(guò)充是指電池達(dá)到滿充狀態(tài)后還繼續(xù)充電。判斷滿充狀態(tài)與否，是根據(jù)電池安全性和保證電池持續(xù)可逆循環(huán)容量來(lái)決定的電池充電最大值。如果滿充之后繼續(xù)充電，將會(huì)導(dǎo)致正極鋰離子過(guò)度脫出，晶體結(jié)構(gòu)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(yīng)，釋放氧氣和熱量。

負(fù)極可能析出鋰枝晶，穿刺隔膜導(dǎo)致內(nèi)部短路;溫度升高使SEI膜溶解脫落，降低循環(huán)壽命，加大潛在歐姆內(nèi)阻。

過(guò)充過(guò)放正常情況下會(huì)降低電池壽命，造成不可逆容量損失，減少輸出功率，續(xù)航能力和爬坡性能降低;重則導(dǎo)致起火燃燒，很多事故就是過(guò)充過(guò)放引起的。

■均衡一致性

新能源汽車的部分或全部能源來(lái)自電能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、冷熱空調(diào)、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(gè)電芯電壓容量低，所以需要成組串并聯(lián)，串聯(lián)提高電壓，增加輸出功率，并聯(lián)提高容量，提高續(xù)航里程。

但是單個(gè)電芯不一致導(dǎo)致輸出功率嚴(yán)重降低，續(xù)航里程下降，繼而導(dǎo)致過(guò)充過(guò)放等現(xiàn)象的發(fā)生。此時(shí)需要對(duì)電池進(jìn)行均衡，雖然目前國(guó)內(nèi)流行主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡，但接下來(lái)不討論兩者差別，而討論目前的均衡指標(biāo)。

目前主流的均衡指標(biāo)有電池實(shí)際容量、電池端電壓和電池荷電狀態(tài)三種。

▲電池實(shí)際容量均衡是讓電池實(shí)際容量趨于一致為目的，其辦法是將充滿狀態(tài)的電池組繼續(xù)小電流充電，即用過(guò)充辦法直到正負(fù)極板上出現(xiàn)氣泡，消除小容量對(duì)整體電池性能的影響，但是過(guò)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(shí)際情況下，充電時(shí)內(nèi)阻大的電壓端電壓大，需要對(duì)其放電均衡，內(nèi)阻小的端電壓小，需要對(duì)其充電均衡;而在放電時(shí)候情況完全相反，內(nèi)阻大的端電壓小，需要對(duì)其充電均衡，內(nèi)阻小的端電壓大，需要對(duì)其放電均衡。這樣整個(gè)充放電均衡過(guò)程非常混亂，效果并不理想。

▲電池荷電狀態(tài)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(diǎn)也在SOC不確定影響因素太多，如何精確估算SOC是關(guān)鍵。

■提高續(xù)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(xù)航里程。

五、總結(jié)

在新能源汽車蓬勃發(fā)展的今天，安全問(wèn)題是第一問(wèn)題。SOC是BMS的核心之一，保證電池安全，提高動(dòng)力性能和循環(huán)壽命，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和功能效應(yīng)顯著。解決安全問(wèn)題，行業(yè)才能長(zhǎng)久發(fā)展，掌握核心能力，企業(yè)才有可能成為行業(yè)獨(dú)角獸。