電池組的SOC值取決于電池組中容量最小、即衰減程度最嚴(yán)重的單元電池，即類似于“木桶原理”中的最短木板，其它電池即使未發(fā)生容量的衰減，超過衰減電池容量的部分也是無法得到利用的，不僅影響實際續(xù)航時間，還白白浪費寶貴的容量。如圖1所示，圖例為衰減后的13串鋰電池組容量分布示意圖。

電池組一致性問題對SOC估算的影響及解決方案

衰減后的電池組，7#電池由于衰減最嚴(yán)重，在整個電池組中的剩余容量最小，因此電池組的SOC值就取決于7#電池，其它電池的衰減程度雖然相對較小，剩余容量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于7#電池，但是由于BMS的存在，需要保護容量最小的7#電池不發(fā)生過放電，其它電池的容量即使再多也會被BMS忽略，不起任何作用。

因此，電池組實際放電容量的最大值就是7#電池的容量，即電池組的可使用容量的最大值就是圖中的最低容量線的容量。圖中，還有一條平均容量線，它介于最高容量和最小容量之間，近似于所有容量之和的平均值。

由于一致性問題的存在，最低容量與平均容量存在較大的差異，一致性問題越嚴(yán)重，這個差異越大，最終將導(dǎo)致可用SOC與平均SOC存在較大差異，這將直接影響電池組的實際續(xù)航時間。

SOC估算需要用到電流、單體電池電壓、單體電池內(nèi)阻等參數(shù)，最終轉(zhuǎn)換成實際SOC值，在一致性問題的影響下，不管SOC估算策略如何，受限于BMS在均衡管理功能上的短板，SOC估算值只能無限接近于組內(nèi)最小容量電池的SOC，低于平均SOC值。

即整組電池中，發(fā)生衰減的一、兩塊電池的SOC值決定了整個電池組的SOC值，與其它電池的SOC值基本無關(guān)。電池組的一致性問題越嚴(yán)重，SOC估算值就越低，就會更嚴(yán)重偏離SOC平均值，不僅導(dǎo)致電池組的SOC利用率下降嚴(yán)重，更嚴(yán)重影響實際電池組的實際續(xù)航時間和利用效率。

衰減電池普遍具有內(nèi)阻偏高的特點，當(dāng)對其進行充放電操作時，電壓的波動幅度明顯高于正常電池，這一特征，會嚴(yán)重影響SOC的實時估算，甚至?xí)褂嬎阒祰?yán)重偏離實際值，影響用戶的實際體驗。

3、如何提高SOC估算值和利用率

通過前面的分析可知，影響SOC估算的主要原因是電池組的一致性問題，如果通過技術(shù)手段把一致性問題解決了，SOC的估算值和實際可用的SOC就會上升，這在應(yīng)用和管理上具有重要現(xiàn)實意義，特別是對于高價值設(shè)備。

理論上，電池組的放電容量決定SOC估算值，一致性問題存在恰恰影響的是實際放電容量。通過前面的示意圖可知，一致性問題導(dǎo)致衰減電池組的平均容量高于最低容量，一致性的問題就越嚴(yán)重，這個差異就越大，因此，提高電池組SOC估算值就要從提高電池組的平均容量利用率著手。

而要提高平均容量利用率，就必須讓所有高于最低容量的電池提高放電容量，用于彌補最低容量電池放電能力的不足，這就是具有高效放電均衡功能的電池均衡技術(shù)[1]。電池放電均衡技術(shù)的核心是所有高于最低容量的電池主動提高放電電流，提高的放電電流通過高速、高效轉(zhuǎn)換為最低容量電池提供放電電流補充，從而主動減小最低容量電池的實際放電電流。

通過放電倍率的最優(yōu)化自動調(diào)整和匹配，延長最低容量電池的實際放電時間，從而到達延長整個電池組實際放電時間的目的。實際放電時間延長了，那么實際放電容量自然就延長了，即電池組的實際利用容量增加了。

它高于最低容量線，但略低于平均容量線，這是由于存在均衡效率和均衡損耗的實際問題，容量會有少量的損耗，但這種損耗是值得的，特別是對于大容量儲能、動力電池組。

電池組一致性問題對SOC估算的影響及解決方案

我們知道，電池組的均衡技術(shù)，快速充電技術(shù)和電池SOC估算是電池管理系統(tǒng)的三項關(guān)鍵性技術(shù)。目前，電池均衡技術(shù)一直是一個亟待攻克的技術(shù)難題，除技術(shù)上的研發(fā)難度之外，成本過高一直制約其發(fā)展和普及，均衡問題又嚴(yán)重影響電池組的快速充電和SOC估算，可以說，均衡技術(shù)才是BMS的最核心關(guān)鍵技術(shù)。

電池均衡技術(shù)包括被動均衡技術(shù)和主動均衡技術(shù)，被動均衡技術(shù)通過電子開關(guān)控制電阻放電來預(yù)防低容量電池過充電，除了均衡電流過小之外，其最大的弊端是無法解決電池過放電的問題，更無法改善和提高電池組的SOC值和容量利用率。

主動均衡技術(shù)包括很多種設(shè)計，并以能量轉(zhuǎn)移式設(shè)計最為典型，其中的主動充電均衡設(shè)計，雖然成本也比較高，但設(shè)計相對容易，充電均衡速度和效率遠(yuǎn)高于被動均衡，同樣存在無法解決電池過放電的問題和無法提高電池組容量利用率的固有缺陷。

從電池組的應(yīng)用需求來看，在充電均衡技術(shù)容易實現(xiàn)的情況下，我們最迫切需要解決的是放電均衡技術(shù)，從現(xiàn)有技術(shù)來看，研發(fā)最為困難的是同時具有放電均衡和靜態(tài)均衡功能的轉(zhuǎn)移式電池均衡技術(shù)。理論和實踐證明，只有這種電池均衡技術(shù)才能解決電池組SOC估算準(zhǔn)確和容量利用率難題。

提高SOC估算準(zhǔn)確性不僅僅是要提高估算精度，其真正的意義是為用戶提供真正可靠、具有真正參考價值的SOC信息，特別是電動汽車BMS系統(tǒng)的SOC估算，直接影響駕駛?cè)说某鲂杏媱?、出行體驗及沿途充電安排。

4、實例

下面結(jié)合具體實例進行闡述。為了使實驗更具有普遍性，實驗對象采用常見的13串48伏鋰電池組，為增強對比性，所用電池均為衰減程度不一的退役鋰電池。電池編號為上排從左至右分別為1#至7#電池，下排從左至右分別為8#至13#電池，最右側(cè)的帶有“表頭供電”字樣的電池分別負(fù)責(zé)為7#和13#電池電壓測量表頭供電。

每塊電池的下方對應(yīng)一塊高精度電壓表頭，實時顯示當(dāng)前電池的實時電壓，表頭采用級聯(lián)方式供電，需要消耗少量的電池能量。充電方式為CC-CV模式，恒流充電電流限制為1安，整組充電限制電壓54.6伏，當(dāng)任何一塊電池的充電電壓達到4.2伏時停止充電（防止過充電）；放電方式為CC模式，恒流放電電流為1安，整組放電限制電壓39伏，當(dāng)任何一塊電池的放電電壓降低到3.0伏時停止放電（防止過放電）。實驗前，每塊電池均未進行容量和內(nèi)阻檢測。

4.1常規(guī)放電實驗

先對所有電池并聯(lián)充電，充電至4.2V，然后恢復(fù)成串聯(lián)模式繼續(xù)充電，當(dāng)其中的任何一塊電池再次充電至4.20V時停止充電，切換至放電模式，進行常規(guī)放電，實測有效放電時間22分鐘時11#電池已降至3.00V，換算成實際放電容量為0.37Ah，該容量就是此電池組的實際容量。

此時，整組電池放電結(jié)束時刻的電壓如圖3所示，此時大部分電池的電壓仍較高，仍具有較多電量沒有釋放出來，最大電壓差達到0.68V，說明電池組的一致性非常差（后經(jīng)實際檢測，最大容量差異達到3.6倍）。實驗表明，一致性問題嚴(yán)重影響和降低電池組的有效容量和SOC值，造成容量的浪費，一致性問題越嚴(yán)重，有效放電容量和SOC的利用率會越低。