什么是SoC、DoD和SoH?为什么它们对自动导引车(AGV)和AMR很重要?

随着自动化仓库和制造设施的迅速发展，谨慎控制过程中的每个组件至关重要。即使是短暂的停机也会造成严重影响。自主移动机器人和自动导引车在该生态系统中发挥着重要作用，需要实施精确的监控和故障安全系统。另一个重点是有效监控电池，以便优化电池性能并延长电池的整体寿命，从而最大限度减少不必要的浪费，保护宝贵的资源。本文将简要介绍一些用于提高电池效率的重要指标，以及为这些应用选择电池管理系统时需要考虑的关键因素。

在自主移动机器人(AMR)时，选择合适的电池包及其配套的电池管理系统(BMS)是一个关键决策。在工厂和仓库等紧密集成的环境中，每一秒钟的运行都至关重要，确保所有组件能够安全可靠地正常运转则是重中之重。BMS解决方案能够准确测量电池的充电和放电，从而最大限度提高可用容量。此外，获得精确的测量结果后，便可以准确计算充电状态(SoC)和放电深度(DoD)，这些重要参数有助于提高移动机器人工作流程的智能程度。这些系统的安全性同样重要，在为这些应用选择系统时，请务必考虑能够提供过充保护和过流检测的BMS技术。

BMS是一个电子系统，可用于密切监控电池包和/或其各个电池单元的各种参数。对实现电池的最大可用容量并确保安全及可靠运行而言，BMS至关重要。高效的系统不仅能够以安全的方式优化电池的可用容量，还能够为工程师提供有价值的参数，例如电池单元电压、SoC、DoD、健康状态(SoH)、温度和电流，所有这些参数均有助于使系统发挥优异性能。

‌荷电状态(SoC)‌表示电池的剩余电量占其总容量的百分比。SoC的取值范围为0到1，其中0表示电池完全放电，1表示电池完全充满。SoC是电池管理系统(BMS)中最重要的参数之一，用于实时反映电池的剩余电量和工作状态。SoC不能直接测量，通常通过电池端电压、充放电电流及内阻等参数来估算‌12。

‌放电深度(DoD)‌是指电池在使用过程中放出的电量占其额定容量的百分比。DoD越深，电池的循环寿命通常越短。合理控制放电深度可以延长电池的使用寿命。例如，将DoD控制在30%-80%之间，可以显著延长电池的使用寿命‌12。

‌健康状态(SoH)‌是指电池在使用一段时间后的性能参数与标称参数的比值。根据IEEE标准，当电池充满电时的容量低于额定容量的80%时，通常认为电池健康状态较差，需要更换。SoH是评估电池老化程度和剩余使用寿命的重要指标。通过测量电池的当前最大容量并与原始容量进行比较，可以得到SoH值，从而评估电池的健康状态‌12。

‌SoC‌：在电动汽车和其他电池系统中，SoC的准确估算对于提高电池利用率、防止过充过放、延长电池寿命以及保证系统安全性具有重要意义。BMS通常包含SoC估算功能，以实现对电池状态的实时监测和管理‌2。

‌DoD‌：合理控制放电深度可以延长电池的使用寿命，减少维护成本。在实际应用中，通常建议将DoD控制在30%-80%之间‌2。

‌SoH‌：通过监测SoH，可以预测电池何时需要更换，优化电池的使用和维护策略，提高系统的可靠性和经济性‌。

电池容量是指电池在一定条件下能够储存或释放的电能总量，通常以安时(Ah)或千瓦时(kWh)为单位。例如，48V100Ah的电池表示其容量为4.8kWh。电池容量可分为实际容量、理论容量与额定容量。理论容量代表最理想状态下的电池容量;额定容量是设备上标明的在额定工作条件下能长期持续工作的容量;实际容量则受多种因素影响，通常小于额定容量。

储能电池的额定电压是指其设计或标称的工作电压，通常以伏特(V)为单位。不同类型的储能电池具有不同的额定电压，如锂离子电池一般为3.6V/3.7V。

储能电池模组由单体电芯通过并串联而成，并联增加容量但电压不变，串联则电压倍增但容量不变。

充放电倍率是衡量电池充放电能力快慢的指标，其单位通常为C。充放电倍率等于充放电电流除以额定容量。例如，额定容量为100Ah的电池用15A放电时，其放电倍率为0.15C。

充放电倍率直接影响电池的连续电流和峰值电流能力，从而影响电池在快速充放电场景下的性能表现。

SoC、DoD和SoH是BMS中常用的一些参数，用于确定系统是否健康、早期故障检测、电池单元老化以及剩余运行时间。

SoC表示充电状态，定义为相对于电池总容量的电池充电水平。SoC通常以百分比表示，其中0% = 空，100% = 充满。

SoH表示健康状态，定义为相对于电池额定容量(Cmax)的电池最大可释放容量(Cmax)。

DoD表示放电深度，与SoC指标相反，定义为相对于电池额定容量(Crated)的电池已放电百分比(Creleased)。

锂离子动力电池在充放电过程中，其内部会发生一系列的化学反应。通过这些反应，我们能够解释电池容量衰减的原因。在充电过程中，正极的锂金属氧化物释放出锂离子，这些锂离子穿过隔膜，移动到负极。相反，在放电时，锂离子从负极脱嵌，返回至正极。随着充放电的进行，电池内部电极的活性材料和锂离子会逐渐消耗，从而导致电池容量、充放电功率等性能的衰退。

随着动力电池的持续使用，其容量会逐渐不可逆地衰退。电池的容量衰退受循环寿命和时间寿命的影响。极端环境下的使用会显著降低电池寿命，如在低温条件下使用的电池，可能会因锂离子晶体的形成而导致容量迅速下降。这些都警示我们在使用电动汽车时，需要考虑电池的状态和使用环境以延长其使用寿命。电池Pack内的每个电池常常存在容量和剩余电量的差异。这种情况是电池制造及工作环境不一致性的结果。在配组过程中，我们需要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。然而，由于电池的不一致性和实际使用中的差异，适当的均衡技术和定期的维护显得尤为重要。通过专业的均衡技术和维护，能够减小电池性能差异，确保电池组的高效运行和长寿命。

在电动汽车的运行中，剩余能量与车辆的续驶里程密切相关。剩余能量与电池所能释放的最大能量紧密相关，受工作状况和外部环境条件的影响。即便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的剩余电量。真正关键的是电池Pack能够对外输出的能量。在这一前提下，电池Pack释放的最大能量会随着工作状况和外部环境的变化而变化。通过以上分析，可以更清晰地理解这些电池状态之间的相互关系，为电池管理提供更为科学的管理策略和方法。