在上一篇文章中，我们探讨了电动车电池的荷电状态（SOC）这一关键指标。基于读者的反馈，本期我们将进一步深入探讨动力电池的其他重要状态。具体来说，我们将介绍健康状态（SOH）、放电深度（DOD）以及剩余能量（SOE）。这些指标共同构成了对电动车电池状态的全面理解。
电池荷电状态，简称为SOC，是衡量电池中剩余电荷可用程度的关键指标。它反映了电池从满电到放电结束的整个过程中的能量状态。在实际应用中，我们常常通过某种算法来计算SOC的具体数值，从而了解电池的当前电量水平。
电池的额定电荷容量用Q额定表示，而电池中剩余的电荷余量则用Q剩余来衡量。在传统理解下，我们可能假设Q额定是一个恒定值，即剩余电荷余量始终等于额定容量减去已释放的荷电量。基于这一假设，电池荷电状态SOC可以通过以下公式进行计算：
Q放电代表电池在最近一次充满电后，已经释放的电荷量。在电池管理系统（BMS）中，剩余电量评估被视为核心功能，因为众多其他系统功能都依赖于这一评估结果。为了准确理解剩余电量的概念，我们需关注以下几个关键点：
1、额定容量Q额定与实际最大电荷容量Qtrue之间存在差异。不同制造商提供的实际最大容量可能有所不同，例如，可能是115Ah，也可能是105Ah，而额定容量通常设定为100Ah。这两者之间的实际放电电荷量并不相等，这解释了为什么相同电池容量的汽车，在不同的驾驶体验中，掉电速度会有所不同。此外，随着电池的老化，其实际能够释放的最大电荷量会逐渐减少。
因此，在计算SOC值时，分母应尽可能选择最大电荷容量，并需要定期对电池的最大容量值进行校准。这也强调了为什么电池Pack的维护需要由专业人员来进行。另一方面，如果无法获取到最大荷电容量，那么在实际操作中，我们会使用额定容量作为替代。但请注意，这样做可能会导致SOC值超过100%，这是完全有可能的。
2、电池的剩余电荷量受到多种因素的影响，无法完全释放。在日常使用手机时，我们常常会遇到这样的情况：手机在电量较低时发出警告，但只要一打电话就会立刻关机，而重新开机后又能继续待机数小时。这种现象同样适用于电动汽车的动力电池。在某一时刻，动力电池所剩余的电量是确定的，然而，这些电量并不总能以电动汽车所需的功率完全释放。这并非意味着电池Pack中没有剩余电荷，而是这些电荷无法以所需的较大电流进行释放。实际上，充满电的电池所能释放的最大电荷量受到放电倍率、环境温度等多种因素的影响，并非一个恒定的值。
3、以放电荷量Q放电测量并不总是准确，特别是在实际使用中，电池在放电过程中会进行充电，且往往未充满就继续使用，这时，式2的计量就失去了意义。
► 2.电池健康状态SOH
接下来，我们探讨电池的健康状态SOH。锂离子动力电池的工作原理是：在充电时，电池内部的锂金属氧化物通过化学反应产生锂离子。这些锂离子以有机电解质为媒介，穿过隔膜，移动至负极。负极石墨的层状结构中含有许多微孔，锂离子可以嵌入这些微孔中。嵌入的锂离子数量越多，充电容量就越高。然而，随着电池的充放电循环，内部电极活性材料及存量锂离子会逐渐消耗和损失，导致电池性能如容量和充放电功率逐渐衰退，电池逐渐老化。
衡量电池寿命的指标包括循环寿命和时间寿命。电池的一次充放电过程构成一个循环，从电池制造到报废期间所经历的循环次数即为循环寿命。此外，电池从生产到报废所经历的天数被称为时间寿命。同一批次电池的使用和维护情况差异可能导致寿命的显著不同。
值得注意的是，电池性能的劣化是一个不可逆的过程，因此，电池的劣化程度越高，其寿命终点就越近。电池有时会遭遇“猝死”的命运。例如，在一次容量测评中，电池剩余容量显示为90%，然而在恶劣环境下使用，由于部分锂离子在低温下结晶并刺穿隔膜，电池剩余容量迅速下降，最终导致报废。
有些文献将容量衰减与直流内阻谱作为评估电池健康状态的指标，这一观点具有一定的准确性。而“当前电池容量”则是广泛接受并能有效反映动力电池劣化的外特性评价指标。IEEE 1188 - 2005标准和USABC也推荐使用“电池容量”来衡量动力电池的劣化程度，并通过容量衰减来具体表示。
在电池的使用过程中，放电深度DOD是一个关键参数。通常，我们将电池从完全放空到完全充满的过程中SOC的变化范围记为0~100%。为了确保电池的寿命和安全性，在实际应用中，建议让每个电池都工作在5%~95%的区间内。低于5%的放电深度可能导致过放，而高于95%的放电深度则可能引发过充，这些都会导致不可逆转的化学反应，进而损害电池寿命。
此外，电动汽车电池组内的每个电池在大多数情况下都会存在容量和剩余电量的差异。这种不一致性主要受到多个因素的影响，包括电池自身的特性、使用历史以及环境条件等。
1.1 ► 电池制造过程中的不一致性是不可避免的。作为化工产品，电池在制造过程中会受到材料、工艺等多种因素的影响，导致单体电池之间存在天然的差异。例如，不同批次的电池原材料可能使电池材料的化学特性产生不一致。即使是在同一批次原材料的情况下，由于研磨、搅拌、喷涂等工艺的差异，也可能造成电极材料的颗粒大小和导电性有所不同。此外，电极附近形成的SEI膜也存在一定的随机性，进一步加剧了电池的不一致性。因此，在配组过程中，我们只能尽可能地挑选电压和容量相近的电池来组成模组，以减少这种不一致性的影响。
1.2 ► 外部工作环境的不一致同样会对电池性能产生显著影响。即便单体电池在制造过程中保持一致，但在不同的外部工作环境下，它们的性能仍会表现出差异，从而加剧了电池的不一致性。这种不一致性主要源于电池Pack内的热传导、空气对流以及散热条件的不均匀分布。此外，电池内部的化学反应和极化内阻等不可避免地会产生吸热放热效应，导致电池包内部温度场的不均匀分布，进一步加剧了电池的不一致性。
为了减少这种不一致性的影响，可以采取适当的措施，如降低动力电池的充放电深度。在电池Pack尚未达到报废状态，但单体电池之间的一致性差距已经较大时，降低充放电深度可以提高电池的安全性并延长其使用寿命。
在电动汽车的评估体系中，通常将剩余里程的估算、剩余能量E剩余的估算以及剩余能量的百分比SOE估算视为与剩余电量的评估等同，然而这种等价观念并不准确。事实上，尽管电池所携带的化学能量在剩余电量一定时是恒定的，但影响电动车续驶里程的并非仅仅是动力电池中的剩余电量。真正关键的是电池Pack能够对外输出的能量。
值得注意的是，即使电池的能量剩余相同，以不同大小的电流进行放电时，单个电池所能提供的对外能量也会有所差异。
► 将电动汽车简化为一个等效电路模型
将电动汽车简化为一个等效电路模型，其中虚线部分代表电池Pack，而RL则表示车辆行驶时的等效负载。在假定外界温度恒定的条件下，电路中的r值保持不变。然而，在实际操作中，由于负载的不同，电池的放电电流会有所差异，分别记为I1和I2。这两种情况下，电池在内部电阻上消耗的能量分别为I1²r和I2²r，显然，电流越大，内阻消耗的能量也越多，从而释放给车辆的能量就相对较少。
同样地，若保持电流恒定而温度发生变化，内阻也会随之改变，进而导致消耗在内阻上的能量变得不确定。因此，电池能够对外释放的能量也是不确定的。这些例子都表明，剩余能量与剩余里程之间存在紧密的联系。
综上所述，我们可以得出结论：电池Pack能够释放的最大能量会随着电池的工作状况（如加速上坡等）和外部环境条件（如温度、湿度等）的改变而发生变化。但值得注意的是，电池Pack所能释放的最大电荷量是确定的，不会因为未来的工作状况而改变。
这与燃油车的油箱油量相似：油箱中的油量是确定的，但实际能行驶的里程则取决于当前的工作状况和天气条件等因素。
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