Was ist der Ladezustand von Solarbatterien?

In modernen Energiespeichersystemen und Elektrofahrzeugen ist der Ladezustand (SOC) einer Batterie ein Schlüsselparameter für die Bewertung der Batterieleistung und der verfügbaren Energie.

Eine genaue SOC-Schätzung hilft nicht nur bei der Optimierung von Lade- und Entladestrategien, sondern gewährleistet auch die Systemsicherheit, verlängert die Batterielebensdauer und verbessert das Energiemanagement. In diesem Artikel werden die Definition, die Berechnungsmethoden, die gängigen Schätzalgorithmen und die Einflussfaktoren des SOC sowie seine praktischen Anwendungen in Photovoltaik-Energiespeichern und Elektrofahrzeugen vorgestellt.

Was ist SOC

Der SOC gibt den prozentualen Anteil der gespeicherten Energie in einer Batterie oder einem Energiespeichersystem im Verhältnis zu ihrer vollen Kapazität an. Bei einer Batterie bezieht sich der SOC auf das Verhältnis zwischen der aktuell verbleibenden Ladung und der vollständig geladenen Kapazität, in der Regel ausgedrückt als Prozentsatz.

Dieser Parameter hilft den Benutzern, die verbleibende Batteriekapazität zu verstehen und Lade- und Entladepläne zu planen. Er ist auch ein wichtiger Input für Batteriemanagementsysteme (BMS) bei der Ladesteuerung, der Energieoptimierung und dem Sicherheitsschutz und dient als Schlüsselindikator für die Gesamtsystemleistung und Energieverfügbarkeit.

Ladezustand der verschiedenen Energieanlagen

Batterie

In Solarbatteriesystemen wird der SOC verwendet, um die verbleibende Energie in Echtzeit zu überwachen und den Benutzern zu helfen, die Energienutzung und die Ladezeiten effizient zu planen, um die Energienutzung zu maximieren.

Elektrofahrzeug (EV)

In Elektrofahrzeugen ist der Ladezustand der wichtigste Parameter des Batteriemanagementsystems (BMS), der direkt die verbleibende Reichweite des Fahrzeugs widerspiegelt. Er liefert wichtige Informationen für Fahrentscheidungen und spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Sicherheit und Langlebigkeit der Batterie.

Ob in Solarenergiespeichersystemen oder in Elektrofahrzeugen, die Aufrechterhaltung des SOC zwischen 20% und 80% gilt als optimal und kann die Lebensdauer der Batterie erheblich verbessern.

So berechnen Sie den SOC

Der Ladezustand der Batterie kann als Prozentsatz der verbleibenden Kapazität im Verhältnis zur maximalen Kapazität dargestellt werden.

Die Formel lautet wie folgt:
SOC = Verbleibende Kapazität / Gesamtkapazität × 100

Beispiel:

Die gesamte Speicherkapazität von GODEs LF51200-02 LiFePO₄-Akkupack ist 10kWh. Wenn 3kWh verwendet wurden, dann: （
7kWh/10kWh）x 100 = 70% SoC.

Parameter Beschreibung:

• Q₀(mAh): Anfangskapazität
• Q(mAh): Lade- oder Entladekapazität
• Qmax(mAh): Maximal speicherbare Kapazität des Akkus

Wie man den Ladezustand von Solarbatterien misst

In einem Batteriemanagementsystem (BMS) kann der SOC nicht direkt gemessen werden und wird in der Regel anhand der folgenden Modelle geschätzt:

1. Coulomb-Zählung

Bei der Coulomb-Counting-Methode wird der Lade- und Entladestrom über die Zeit verfolgt (Stromintegration). Sie bietet eine hohe Reaktionsfähigkeit und Einfachheit, leidet aber unter kumulativen Fehlern über lange Zeiträume und hängt stark von einem genauen anfänglichen SOC und einer Effizienzkorrektur ab.

2. Leerlaufspannungsmethode

Die Leerlaufspannungsmethode misst die Klemmenspannung unter Ruhe- oder Schwachstrombedingungen und ordnet sie mithilfe einer vorkalibrierten OCV-SOC-Kurve dem SOC zu. Sie ist intuitiv und unter stationären Bedingungen genau, erfordert jedoch Ruhephasen, um polarisationsbedingte Fehler zu vermeiden.

3. Modellgestützte Schätzung

Bei der modellbasierten Schätzung werden physikalische Modelle oder Ersatzschaltungen zusammen mit Beobachtungsdaten verwendet, um den SOC zu schätzen oder vorherzusagen. Sie spiegelt das dynamische elektrochemische Verhalten wider und bietet auch unter wechselnden Bedingungen eine hohe Genauigkeit, erfordert jedoch eine präzise Modellierung, Parameteridentifizierung und eine höhere Rechenkapazität.

4. Hybrider Algorithmus

Der Hybridalgorithmus kombiniert die Echtzeitverfolgung der Coulomb-Zählung, die dynamische Korrektur der modellbasierten Schätzung und die statische Kalibrierung der OCV-Methode. Er stellt ein Gleichgewicht zwischen Echtzeitleistung und langfristiger Genauigkeit her und findet breite Anwendung in industriellen BMS-Anwendungen.

Alle GODE-Energiespeicherbatterien verfügen über LCD-Displays, Anzeigeleuchten oder mobile Anwendungen zur Echtzeitüberwachung des SOC und anderer Parameter - eine manuelle Berechnung ist nicht erforderlich.

Dieser Indikator hilft den Nutzern bei der Bewertung der verfügbaren Energie und der Gesamtleistung des Systems.

Hauptfaktoren, die den SOC beeinflussen

Lade- und Entladerate

Die C-Rate beeinflusst den SOC erheblich. Ein höherer Ladestrom erhöht den SOC schneller, während ein höherer Entladestrom den SOC schneller reduziert. Überhöhte C-Raten können die SOC-Genauigkeit bei BMS-Berechnungen beeinträchtigen.

Ladespannung

Die Ladespannung bestimmt den maximal erreichbaren SOC. Eine höhere Spannung ermöglicht eine schnellere Aufladung, beschleunigt aber die Alterung und erhöht das Sicherheitsrisiko, während eine zu niedrige Spannung zu einer unzureichenden Aufladung und einem zu niedrigen SOC-Wert führt.

Tiefe der Entleerung

Größere Tiefe der Entleerung (DOD) führt zu einem größeren SOC-Abfall. Tiefentladungen beschleunigen den Kapazitätsabbau und verursachen ein nichtlineares SOC-Verhalten. Es wird empfohlen, die DOD innerhalb 20%-80% um die Lebensdauer der Batterie erheblich zu verlängern.

Selbstentladung

Selbst im Leerlauf führen interne chemische Reaktionen dazu, dass Batterien allmählich an Ladung verlieren. Höhere Selbstentladungsraten führen zu einem schnelleren SOC-Abfall, insbesondere bei hohen Temperaturen oder längeren Lagerungszeiten.

Temperatur

Die Temperatur wirkt sich direkt auf die chemischen Reaktionsraten und den Innenwiderstand aus. Hohe Temperaturen beschleunigen die Reaktionen und die SOC-Schwankungen, erhöhen aber die Alterung, während niedrige Temperaturen die Aktivität und Kapazität verringern, was die SOC-Änderungen verlangsamt und die Schätzfehler erhöht.

Luftfeuchtigkeit

Die Umgebungsfeuchtigkeit wirkt sich indirekt auf den SOC aus, indem sie die Kühlung und Isolierung beeinflusst. Eine hohe Luftfeuchtigkeit kann zur Oxidation der Anschlüsse oder zur Verschlechterung der Isolierung führen, was zu Mikrolecks und einem langsamen SOC-Abfall führt, während eine niedrige Luftfeuchtigkeit eine stabile elektrische Leistung unterstützt.

Akku-Typ

Verschiedene chemische Systeme (z. B. LiFePO₄, NCM, LFP, Blei-Säure) weisen unterschiedliche Spannungs-Kapazitäts-Kurven auf. LiFePO₄ hat ein flaches Spannungsplateau, was die SOC-Schätzung erschwert, während NCM eine höhere Spannungsempfindlichkeit aufweist, was die spannungsbasierte Schätzung vereinfacht.

BMS

Die Genauigkeit der BMS-Algorithmen bestimmt direkt die Zuverlässigkeit des SOC. Wenn Temperatur, Kapazitätsschwund und dynamische Spannungskompensation nicht richtig berücksichtigt werden, weichen die SOC-Ergebnisse von der Realität ab. Fortschrittliche Algorithmen bieten Echtzeitkorrekturen für eine stabile und genaue SOC-Schätzung.

Schlussfolgerung

Der Ladezustand ist ein wesentlicher Parameter in Energiespeichern und elektrischen Fahrzeugsystemen. Durch wissenschaftliche Schätzungen und hochpräzise Algorithmen ist es möglich, die Effizienz zu verbessern, die Sicherheit zu gewährleisten und die Lebensdauer der Batterie zu verlängern. GODE treibt den Übergang zu einer grüneren und intelligenteren Energiezukunft durch Innovationen in der Energiespeicher- und BMS-Technologie weiter voran.