SOC如何进行测量和校准

SOC，全称是State of Charge，电池荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余可放电量与其完全充电状态的电量的比值，常用百分数表示。

在AGV等使用电池的设备中，许多状态显示和控制是通过SOC的数据来进行的，因而确保SOC的准确性关乎设备是否能正常运行。

一 SOC数据是如何产生的？

SOC是一个人为创造出来的数据，他的主要依据是电池的电压和电流。

电池的电量，与电池的电压有直接的关系，即随着电量的增加（充电过程），电池电压逐步升高，随着电量的消耗（放电过程），电池电压逐步降低。电池电压与电量不是一个严格直线对应关系，而是一个台阶状的曲线，但总的趋势不变。

在BMS系统中，我们设定了电池的保护电压：

充电过程中，当最高一串电池电压达到过充保护电压，就形成充电保护，停止充电。在这里我们可以标定他的电量已经达到100%，这个过充保护电压，磷酸铁锂电池为3.65V，三元电池为4.2V。

放电过程中，当最低一串电池电压达到过放保护电压，就形成放电保护，停止放电。在这里我们可以标定他的电量已经为1%，这个过放保护电压，磷酸铁锂电池和三元电池均为3.0V。

在此区间内，是电池的使用区域，无论充电或是放电，都会产生充电电流或放电电流。

假设电池容量是50AH，充满电（达到过充保护电压），电量会显示为50AH，SOC为100%，此时开始使用，显示放电电流为10A，则一小时后，消耗电量为10A*1H=10AH，此时电量为40AH，SOC为80%。相应，电压也会下降到80%电量的对应电压。以此类推，当电量消耗到1%时，最低一串电压正好到达过放保护电压，停止放电。

假设电池容量是50AH，放空电（达到过放保护电压），电量会显示为0.5AH，1%，此时开始充电，显示充电电流为20A，则一小时后，电量增加为20A*1H=20AH，此时电量为20+0.5=20.5AH，SOC为41%。相应，电压也会升高到41%电量的对应电压。以此类推，当SOC增加到100%时，最高一串电压正好到达过充保护电压，停止充电。

以上两种都是理想状态模型，但基本反应了SOC数据形成的原理，即以过充或过放状态为基准，基准为100%或1%，通过电流与时间相乘进行SOC的增减计算。

二 为什么会出现SOC不准。

SOC不准，实际上是SOC与相应电压不一致，反应为以下情况，举例说明：

1 放电时，SOC还有30%，最低一串电压应该在3.2V左右，而实际上电压已经到3.0V左右了，因而下一秒，就会因过放电压保护，SOC直接从30%降到1%。

2 充电时，SOC还有60%，最高一串电压应该在3.3V左右，而实际上电压已经到3.6V左右了，因而下一秒，就会因过充电压保护，SOC直接从60%升到100%。

3 放电时，SOC已经到1%，但最低电压还在3.15V左右，因而，继续放电，SOC保持1%不变，直到最低电压达到3.0V保护，才停止放电。

4 充电时，SOC已经到100%，但最高电压还在3.5V左右，因而，继续充电，SOC保持100%不变，直到最高电压达到3.65V保护，才停止充电。

这是SOC不准出现的四种情况，尤其第1，2种情况在用户使用电池时更多会遇到。

根据前面讲的SOC数据形成的原理，SOC不准产生的原因有两点：

1 基准电压不准，2 电流数据不准。

1 基准电压不准

一般电池在出厂时都会进行校验，将电池充满或放空，而后再保持一部分电量，此时电压与电量是匹配的，即基准电压校正。但在使用过程中，由于出现以下情况，长期处于不饱和充电和放电，长期搁置不用，电压会出现不准现象。如长期不饱和充电和放电，电压基准会累计出现偏差，长期搁置不用，电压会缓慢下降，而电量由于没有电流输出而不发生变化，电量和电压也出现不匹配。

2 电流数据不准

电池中的电流，是由电池内部电压/内阻得到的，同时由于串联关系，同时也是设备的电流。电池内部电压是恒定的，因而内阻的变化会造成电流的变化。一般在出厂前，我们会通过放电仪产生标准电流进行放电，检测电池输出的电流，是否与标准电流大体相同，如果有差异，我们会调节电池内阻，保证电流的准确性。但在实际生产中，由于调节失误，会造成电流数据偏差。因为SOC是根据电流数据来进行增减变化的，而电压则是根据实际电量变化而相应变化的，如果电流值偏大，则SOC上升或下降速度会快于电压上升下降速度，如果电流值偏小，则SOC上升或下降速度会慢于电压上升下降速度，会造成电压与SOC不匹配，当一方达到极限值时，就会产生明显的偏差。

以放电为例，电流偏大，SOC下降速度快于电压，当SOC到1%时，电压还没到保护电压。电池仍可持续放电。电流偏小，SOC下降速度慢于电压，当电压达到保护电压时，SOC还保持一个较高的数值，这时电池会突然断电，SOC直接落到1%。

三 如何保证SOC的准确性

1 在电池生产环节，认真校准内阻，保证电流的准确性。为保证客户的使用，在使用放电仪校准内阻时，选用的标准放电电流应尽可能与客户实际使用的电流相符，因为不同的电流值在校准同一个电池内阻时都有一些差异。

2 在电池使用环节，定期将电池处在过充保护或过放保护状态，进行电量基准校正。在实际使用中，过放现象一般很少，所有如有条件，就将电池充满到保护状态。在频繁生产，充电不饱和状态下，也要保持一周或10天内保证有一次充满状态。

3 在电池调试环节，如果发现SOC不准，先充满电至保护状态，而后使用，如果在使用中还是SOC不准，用放电仪标准电流放电，检查电池放电电流与放电仪电流是否不符，如果放电电流偏小，则调节内阻减小，如果放电电流偏大，则调节内阻增大。注意：

调节内阻参数时，必须去掉负载，方可调节。

调完内阻后，原有SOC会发生较大变化，此时SOC一般不准，不做参考。调节内阻至放电电流与放电仪标准电流相符，而后进行充满电保护，此时SOC才是准确的。

最后附上放电过程中SOC与电压的大体对应表，以备参考。