SOC-Berechnungsmethoden

Was ist SOC?

Der Ladezustand (State of Charge, SOC) einer Batterie ist das Verhältnis der aktuell verfügbaren Ladung zur Gesamtladekapazität und wird üblicherweise in Prozent angegeben. Die genaue Berechnung des SOC ist von entscheidender Bedeutung für eine Batterie.Batteriemanagementsystem (BMS)da es dabei hilft, die verbleibende Energie zu ermitteln, den Batterieverbrauch zu steuern undSteuerung der Lade- und EntladevorgängeDadurch wird die Lebensdauer der Batterie verlängert.

Die beiden wichtigsten Methoden zur Berechnung des Ladezustands (SOC) sind die Stromintegrationsmethode und die Leerlaufspannungsmethode. Beide haben ihre Vor- und Nachteile und führen zu gewissen Fehlern. Daher werden diese Methoden in der Praxis häufig kombiniert, um die Genauigkeit zu verbessern.

 

1. Stromintegrationsverfahren

Die aktuelle Integrationsmethode berechnet den Ladezustand (SOC) durch Integration der Lade- und Entladeströme. Ihr Vorteil liegt in ihrer Einfachheit, da keine Kalibrierung erforderlich ist. Die Schritte sind wie folgt:

1. Notieren Sie den Ladezustand (SOC) zu Beginn des Lade- oder Entladevorgangs.
2. Messen Sie den Strom während des Lade- und Entladevorgangs.
3. Durch Integration des Stroms lässt sich die Ladungsänderung ermitteln.
4. Berechnen Sie den aktuellen Ladezustand (SOC) anhand des anfänglichen Ladezustands und der Ladungsänderung.

Die Formel lautet:

SOC=initial SOC+Q∫(I⋅dt)​

WoI ist der Strom, Q ist die Batteriekapazität und dt ist das Zeitintervall.

Es ist wichtig zu beachten, dass die aktuelle Integrationsmethode aufgrund des Innenwiderstands und anderer Faktoren mit einem gewissen Fehler behaftet ist. Darüber hinaus sind längere Lade- und Entladezeiten erforderlich, um genauere Ergebnisse zu erzielen.

 

2. Leerlaufspannungsmethode

Die Leerlaufspannungsmethode (OCV-Methode) berechnet den Ladezustand (SOC) durch Messung der Batteriespannung im Leerlauf. Ihre Einfachheit ist ihr Hauptvorteil, da keine Strommessung erforderlich ist. Die Schritte sind:

1. Ermitteln Sie den Zusammenhang zwischen SOC und OCV anhand des Batteriemodells und der Herstellerdaten.
2. Messen Sie die Leerlaufspannung der Batterie.
3. Berechnen Sie den SOC-Wert mithilfe der SOC-OCV-Beziehung.

Beachten Sie, dass sich die SOC-OCV-Kurve mit der Nutzung und Lebensdauer der Batterie ändert und daher eine regelmäßige Kalibrierung zur Aufrechterhaltung der Genauigkeit erforderlich ist. Der Innenwiderstand beeinflusst diese Methode ebenfalls, und Fehler treten bei hohen Entladezuständen verstärkt auf.

 

3. Kombination von Stromintegrations- und OCV-Methoden

Zur Verbesserung der Genauigkeit werden die aktuellen Integrations- und OCV-Methoden häufig kombiniert. Die Schritte dieses Ansatzes sind:

1. Verwenden Sie die aktuelle Integrationsmethode, um das Laden und Entladen zu verfolgen und den SOC1 zu ermitteln.
2. Messen Sie das Leerlaufvolumen (OCV) und verwenden Sie die SOC-OCV-Beziehung, um SOC2 zu berechnen.
3. Kombiniert man SOC1 und SOC2, erhält man den endgültigen SOC-Wert.

Die Formel lautet:

SOC=k1⋅SOC1+k2⋅SOC2

Wok1 und k2 sind Gewichtungskoeffizienten, deren Summe 1 ergibt. Die Wahl der Koeffizienten hängt von der Batterienutzung, der Testdauer und der Genauigkeit ab. Typischerweise ist k1 bei längeren Lade-/Entladetests größer und k2 bei präziseren Leerlaufspannungsmessungen.

Kalibrierung und Korrektur sind erforderlich, um die Genauigkeit bei der Kombination von Methoden zu gewährleisten, da auch der Innenwiderstand und die Temperatur die Ergebnisse beeinflussen.

 

Abschluss

Die derzeitige Integrationsmethode und die OCV-Methode sind die wichtigsten Verfahren zur SOC-Berechnung, jedes mit seinen eigenen Vor- und Nachteilen. Die Kombination beider Methoden kann die Genauigkeit und Zuverlässigkeit verbessern. Kalibrierung und Korrektur sind jedoch für eine präzise SOC-Bestimmung unerlässlich.