电池管理系统（BMS）SOC

在电池单元中发生的复杂的电化学和物理过程导致了一系列外部可观察到的行为。这些行为存在于电压和电流（在一定程度上以及温度）之间的关系中。由于锂离子电池的主要目的是在电路中的一种储能装置，因此将这些行为表示为一个等效的电路通常是有用的。其他类型的模型可使用基于基本的物理和电化学过程，发生的电池内部。等效电路建模中的一个基本假设是存在一个可观测状态变量（或一组可观测状态变量），它是电荷状态的函数。在大多数情况下，完全松弛的开路电压与电荷状态之间的关系是所用的关系。通常假设这种关系与温度、老化程度和周期寿命等因素是不变的。在电池管理系统实现中，电池建模的目的是创建一种方法，将容易测量的量（电流、电压和温度）转换为不容易测量的内部状态的准确表示，如充电状态。许多技术用于确定其他类型电池的充电状态，例如针对简单应用程序和负载配置文件的简单电压查找表。

假设开路电压是电荷状态定义为VOC(SOC)的电荷状态的函数。这种关系是单调的，并且被定义为一个独特的SOC映射到一个独特的VOC。这种关系不需要是线性的，指数级的，甚至可以方便地用一个封闭的数学关系来近似。这意味着如果VOC是已知的，那么SOC也是已知的。此外，如果VOC中的误差可以有界，则SOC中的误差也有界。等效电路电池建模的目的是计算动态过电位（开路电压与实际测量的端子电压之间的差值）。如果过电位等于Vd，则VOC=Vt−Vd，允许根据测量的电压和计算出的过电位计算出SOC。基于物理的模型可能不能利用经验的SOC-OCV关系。

电池电池电压也取决于SOC；因此，与电容器一样，电池SOC不测量能量存储。电池电压随SOC的降低而降低，最初在低斜率，然后在DOD(DOD=1−SOC)达到1时更快。一些化学物质（例如磷酸铁锂）与国防部曲线的电压非常平坦，直到国防部大，曲线急剧下降。其他的(例如PbC)与国防部呈相当线性曲线，类似于电容器。所有电池都显示DOD的电压下降。与电容器一样，电池的容量取决于工作电压范围。当电池保持其化学物质Vh的规定电池电压(例如，锂离子电池的4.2V)在稳定状态和室温下时，电池就会充满电。这可以通过例如在Vh进行适当长时间的涓滴充电来实现。Vh电压受到副反应的限制，这些副反应会损坏和降低电池在高压下的使用寿命。完全放电电池通过充满电提供最大安培小时，在室温下稳态电压为Vl（例如，锂离子电池为3.0V）。选择Vl电压也用于限制电池损坏。电压与DOD的曲线在高DOD时急剧倾斜，因此在降低的Vl下工作可能不会导致存储能量的显著增加。高放电率、低温和老化会显著降低电池容量。与C/30相比，80%SOC的电池只能提供额定安培小时，因为在达到额定容量之前，电池电压迅速下降到Vl。然而，如果高速率放电停止，电压可以恢复，并可以从电池中去除进一步的容量。旧电池，或那些在低温下工作的电池，其标称容量可能明显低于新鲜电池在室温下的标称容量。同样，旧电池或冷电池的SOC为80%可能意味着只有20%的室温和新鲜电池容量的20%可供放电。

从系统的角度来看，SOC反映了由冰驱动的传统车辆的气体表。行驶四分之一油箱的距离，或距离，取决于燃料消耗的速度。在一个理想的情况下，速度与燃料消耗率成正比。然而，在实践中，由于许多未知因素，范围估计变得复杂。车辆的重量和道路等级是不事先知道的。冰场试验的效率和空气阻力取决于车速。在停车灯或交通堵塞时，效率降至零。然而，与电池SOC不同的是，气体计测量的是油箱中剩余的能量。由HEV控制系统所做出的许多决策都依赖于SOC。BMS必须实时决定是在减速时使用机械制动或再生制动，还是在加速期间使用电池组或ICE抽取动力。这些决定通常基于SOC。然而，与气体计不同的是，没有传感器可以直接测量SOC，因此必须使用估计值。这种估计的准确性对HEV的适当、安全和有效的性能至关重要。

电池的电压和温度很少被测量，而且一些封装可能无法测量单个电池的电压和温度。电池和电池可以分别由电池和电池的串联和并联连接形成。然而，电池和电池的soc分别在单个电池和电池soc上取平均值。我们还假设BMS只使用充放电电流来满足应用要求。SOC估计方案不能控制电池电流，并在电池电流中引入脉冲或正弦扫描，以帮助进行SOC估计。这将需要复杂和昂贵的设备，并限制其预期用途的可用性。最后，我们假设传感器在有限的带宽下进行采样，通常在10hz左右。因此，高频动力学不需要建模，也不能依赖来帮助SOC估计。

SOC为100%的电池可提供C/30安培30小时。这并不一定意味着电池可以提供2C的0.5小时的安培。电芯内的扩散过程产生了不均匀的浓度和电位分布。离子只能在电池中移动这么快，如果电流电流太高，电压就会急剧下降，导致功率的突然损失。就像ICE车辆的油箱中的燃料流过一个非常小的管道，速率限制。然而，ICE中的限速过程通常不是燃料供应，而是燃烧。将燃油流量提高到速率限制值以上（取决于位移、压缩比、燃油喷射等）。不会增加功率输出，而只是淹没发动机。电池的限速特性意味着它们的设计和集成到动力系统中比一个简单的油箱更关键和复杂。