Ladezustand

Ladezustand, oft als State of Charge (SOC) bezeichnet, beschreibt den aktuellen Energiegehalt einer Batterie im Verhältnis zu ihrer nutzbaren Kapazität. Er wird üblicherweise als Prozentsatz der nominalen Kapazität angegeben, gelegentlich auch in Amperestunden (Ah) oder Wattstunden (Wh). Der Ladezustand ist ein zentraler Parameter in Energiespeichern, Elektrofahrzeugen und mobilen Geräten, der beeinflusst, wie lange eine Batterie noch Energie liefern kann und wie sie geladen werden sollte.

Zur Schätzung des Ladezustands kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz. Coulomb Counting ermittelt den SOC durch Integration des zu- und entnommenen Stroms seit einem bekannten Startzustand. Voltages-basierte Verfahren nutzen die Beziehung zwischen der Terminalspannung und dem SOC, wobei Temperatur, Alterung und Chemie berücksichtigt werden. Modellbasierte oder Impedanz-basierte Ansätze, oft mit Kalman-Filter-Techniken, verwenden dynamische Modelle der Zelle. Moderne Systeme kombinieren diese Methoden und kalibrieren regelmäßig anhand offener Ladezustands- oder Open-Circuit-Voltage-Messungen.

Die Zuverlässigkeit der SOC-Schätzung hängt von Temperatur, Alterung, der Zellchemie und der Lade-/Entladungs-Historie ab. Die Spannung-SOC-Beziehung ist nicht eindeutig und verschlechtert sich am unteren und oberen Rand des Bereichs. In der Praxis wird der SOC meist im Bereich von 0 bis 100 % angegeben; die tatsächliche nutzbare Bandbreite kann je nach Chemie und Hersteller variieren. Umweltbedingungen und Betriebszustand können die Genauigkeit ebenfalls beeinflussen.

Anwendungen des Ladezustands umfassen die Steuerung von Lade- und Entladevorgängen, die Abschätzung verbleibender Reichweite in Fahrzeugen und Geräten sowie die Optimierung der Energieverwaltung. SOC ist dabei unabhängig von anderen Größen wie dem Zustand der Gesundheit (SOH) oder der verbleibenden Energie (SOE) und wird oft im Kontext eines Battery Management Systems genutzt.