電池荷電狀態(tài)SOC（State of Charge）

SOC指荷電狀態(tài)，也叫剩余電量，代表的是電池使用一段時(shí)間或長期擱置不用后的剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示。其取值范圍為0~1，當(dāng)SOC=0時(shí)表示電池放電完全，當(dāng)SOC=1時(shí)表示電池完全充滿。鋰離子電池SOC不能直接測(cè)量，只能通過電池端電壓、充放電電流及內(nèi)阻等參數(shù)來估算其大小。而這些參數(shù)還會(huì)受到電池老化、環(huán)境溫度變化及汽車行駛狀態(tài)等多種不確定因素的影響，因此準(zhǔn)確的SOC估計(jì)已成為電動(dòng)汽車發(fā)展中亟待解決的問題。

SOC狀態(tài)對(duì)鋰離子電池的影響

1、鋰離子電池的循環(huán)壽命與SOC的變化規(guī)律與預(yù)期一致，均是隨之著SOC的降低，循環(huán)壽命顯著提升。

2、SOC是BMS中最重要的參數(shù)，涉及到BMS其他所有運(yùn)行工作，所以SOC的精度極其重要。假如沒有精確的SOC，BMS就無法正常工作，電池會(huì)經(jīng)常處于被保護(hù)狀態(tài)，電池的使用壽命也因此會(huì)有所縮短。精度越高有關(guān)相同容量的電池，可以有更高的續(xù)航里程。

3、鋰離子電池在發(fā)生熱失控過程中有相當(dāng)一部分的熱量來自于電池存儲(chǔ)的電能，通常SOC狀態(tài)較高時(shí)還會(huì)導(dǎo)致正負(fù)極材料的反應(yīng)活性升高和熱穩(wěn)定性的下降，因此鋰離子電池的SOC狀態(tài)關(guān)于鋰離子電池在濫用條件下的安全性具有至關(guān)重要的影響。

4、不同的溫度和不同SOC對(duì)鋰離子電池的存儲(chǔ)影響各不相同，55℃對(duì)鋰離子電池的容量衰減影響最大，而0%和100%SOC均不是最有利電池性能發(fā)揮的最佳荷電狀態(tài)

電池健康狀態(tài)SOH（State of Health）

SOH是指蓄電池容量、健康度、性能狀態(tài)，簡單的說是電池使用一段時(shí)間后性能參數(shù)與標(biāo)稱參數(shù)的比值，新出廠電池為100%，完全報(bào)廢為0%。是電池從滿充狀態(tài)下以一定的倍率放電到截止電壓所放出的容量與其所對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱容量的比值，簡單的理解為電池的極限容量大小。電池的內(nèi)阻與SOH存在一定的關(guān)系。SOH越低，鋰離子電池內(nèi)阻越大，通過檢測(cè)電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)，間接計(jì)算出電池的內(nèi)阻值，然后根據(jù)SOH與電池內(nèi)阻的關(guān)系計(jì)算求得SOH。但是電池的內(nèi)阻在SOH變化范圍不大時(shí)變化不明顯，而當(dāng)電池老化嚴(yán)重時(shí)電阻值的變化較大，因而該方法在SOH變化較小時(shí)，測(cè)量的誤差會(huì)較大

電池放電深度DOD（Depth of discharge）

DoD是表示電池放電量與電池額定容量的百分比。當(dāng)電池的放電量至少超過其額定容量的80%時(shí)即可認(rèn)為達(dá)到深度放電。

表達(dá)式為：，當(dāng)電池的放電量至少超過其額定容量的80%時(shí)即可認(rèn)為達(dá)到深度放電。則在實(shí)際應(yīng)用中，最好讓每個(gè)電池都工作在5%~95%的區(qū)間。低于5%可能會(huì)過放高于95%可能會(huì)過充，從而發(fā)生一些不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)反應(yīng)從而影響電池壽命。

適當(dāng)減少動(dòng)力電池的充放電深度（在電池Pack未達(dá)到報(bào)廢而不同單體一致性差距又較大時(shí)）是可以提高電池的安全性、延長電池壽命的，若在此過程中，增加主動(dòng)或被動(dòng)均衡，可以提高安全性、延長壽命的同時(shí)更多的保留電池的性能（是有大量的理論分析及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明的）。因此電池Pack自均衡或者交由專業(yè)人士進(jìn)行維護(hù)（包括必要的降低放電深度DOD，降低輸出能量）是重要的，不僅可以提高動(dòng)力電池組的整體有效能量，還可以一定程度延長動(dòng)力電池組的使用壽命。

電池剩余能量SOE（Stete of Energy）

剩余能量(RE)或能量狀態(tài)(SOE)是電動(dòng)汽車剩余里程估計(jì)的基礎(chǔ)，與百分?jǐn)?shù)的SOE相比，RE在實(shí)際的車輛續(xù)駛里程估計(jì)中的應(yīng)用更為直觀。在電動(dòng)汽車使用過程中，電池的剩余能量(RE)是指以某一工況行駛時(shí)，從當(dāng)前時(shí)刻直至電池放電截止過程中，電池累計(jì)提供的能量。RE可以由電池端電壓Ut與相應(yīng)的累積放電容量Qcum組成的坐標(biāo)系上的面積表示，如下圖所示。

當(dāng)前時(shí)刻t的電池端電壓為Ut(t)，放電截止時(shí)刻記為tlim，對(duì)應(yīng)的端電壓為電池允許的最低放電電壓Ut(tlim)。當(dāng)前時(shí)刻的荷電狀態(tài)為SOC(t)，已累積的放電容量為Qcum(t)。放電截止時(shí)刻tlim對(duì)應(yīng)的SOC和累積容量分別記為SOClim和Qcum(tlim)。圖中，端電壓變化表示為綠色曲線，曲線下圍成的(綠色斜線)面積對(duì)應(yīng)電池當(dāng)前時(shí)刻在此種工況下的剩余能量RE(t)，其計(jì)算過程對(duì)應(yīng)公式如下。

由于不同的充放電情況對(duì)應(yīng)的端電壓響應(yīng)不同，使得電池在同一時(shí)刻t提供的剩余能量RE(t)也不相同。此處用一組標(biāo)準(zhǔn)電流倍率下的放電情況作對(duì)照，標(biāo)準(zhǔn)情況的端電壓Ut,st如圖中藍(lán)色曲線(Qcum-Ut,st)所示。由電池SOC和標(biāo)準(zhǔn)放電容量的定義，此時(shí)放電截止位置的SOC值SOClim,st為0，累積放電容量Qcum,st等于電池標(biāo)準(zhǔn)容量Qst。標(biāo)準(zhǔn)放電工況下對(duì)應(yīng)的剩余能量REst(t)與之前的RE(t)有明顯的差距。電池剩余放電能量的差異同樣可以由當(dāng)前的RE(t)與理論上最大的剩余放電能量(電池開路電壓OCV曲線圍成的面積，圖中黑色虛線所示)進(jìn)行比較。

不同放電工況下電池的能量損失不同，因此只有預(yù)測(cè)某一特定功率需求下的電池電壓響應(yīng)過程，才能獲得準(zhǔn)確的RE預(yù)測(cè)值。由于鋰離子電池的特點(diǎn)，其電壓輸出受到很多變量的影響，如當(dāng)前SOC、溫度、衰減程度SOH，因此在能量預(yù)測(cè)過程中除傳統(tǒng)的SOC估計(jì)模型外，還需要一個(gè)專門的電壓預(yù)測(cè)模型。劉光明等提出一種適用于動(dòng)態(tài)工況的電池剩余放電能量精確預(yù)測(cè)方法EPM(energypredictionmethod)，如下圖所示，該方法基于當(dāng)前的電池狀態(tài)和未來的電流輸入，根據(jù)電池模型對(duì)未來放電過程的電壓變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，并計(jì)算放電過程中的累積能量。預(yù)測(cè)過程中，根據(jù)當(dāng)前的電壓、電流測(cè)量值對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行修正，對(duì)端電壓序列與RE的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行更新。