Ресурс и диагностика HV-батарей: SOH, баланс, BMS

Почему здоровье HV-батареи — это не «процентики в приложении», а ваша реальная стоимость владения

Высоковольтная батарея (HV-battery) — сердце любого электромобиля (BEV) и гибрида (HEV/PHEV). От её состояния зависят запас хода, динамика, безопасность и ликвидность автомобиля. В объявлениях и приложениях часто мелькают «SOH 90%», «остаточная ёмкость 75%», «баланс в норме» — но что за этими цифрами стоит на самом деле, как их получить корректно и как на них влиять?

В этом руководстве разберём ключевые понятия (SOH, SOC, SOF, RUL), роль BMS, как и почему уходит ресурс, что такое балансировка ячеек, какие есть методы диагностики — от самых простых до продвинутых — и какие значения считать тревожными. В финале вы получите чек-лист проверки б/у электрокара/плагин-гибрида и большой FAQ.

⚠️ Безопасность: HV-система опасна для жизни (сотни вольт). Все работы с разбором батареи, модульными заменами, измерениями изоляции, вмешательством в BMS — только квалифицированным специалистам с допуском. Ниже рассматриваются диагностические подходы, которые водитель может выполнить без вскрытия батареи, а также профессиональные методы — для понимания.

---

Словарь ключевых терминов

• SOC (State of Charge) — уровень заряда, «сколько сейчас в баке», %.
• SOH (State of Health) — «здоровье» батареи относительно состояния «как новая». Чаще всего понимается как остаточная доступная ёмкость (Ah/кВт·ч) в % от номинала. Иногда производители считают SOH по сопротивлению/мощности — важно знать определение конкретной BMS.
• SOF (State of Function) — способность отдавать мощность в текущих условиях (температура, SOC, сопротивление).
• RUL (Remaining Useful Life) — прогноз остаточного ресурса до порогового состояния (например, SOH 70%).
• DOD (Depth of Discharge) — глубина разряда; 80% DOD ≈ разряд с 100 до 20% SOC.
• C-rate (С-кратность) — отношение тока к номинальной ёмкости. Заряд 1С для 100 А·ч = 100 А.
• IR/ESR (внутреннее сопротивление) — чем выше, тем больше просадка напряжения и нагрев под нагрузкой.
• OCV (Open-Circuit Voltage) — напряжение холостого хода; используется BMS для оценки SOC/SOH по кривым «OCV-SOC».
• Балансировка — выравнивание зарядов ячеек/параллельных групп, чтобы вся батарея работала синхронно.

---

Как работает BMS и откуда берутся числа

BMS (Battery Management System) — контроллер, который:

1. Измеряет напряжение каждой ячейки/группы, ток, температуру(ы), иногда — сопротивление (DCIR/ACIR).
2. Ведёт учёт заряда через coulomb counting (интеграл тока) + уточняет SOC по модели OCV-SOC после отдыха.
3. Ограничивает заряд/разряд (мощность), управляет контактами HV, следит за изоляцией, охлаждением/подогревом.
4. Балансирует ячейки:
   • Пассивно (сбрасывает «лишний» заряд через резисторы у более заряженных ячеек; просто и дёшево, тепло рассеивается).
   • Активно (перекачивает заряд от «богатых» к «бедным»; дороже и реже встречается, эффективнее).

Почему SOH у разных авто «не совпадает»? Потому что алгоритмы разные. Где-то SOH — чистая ёмкость, где-то смешанный показатель (ёмкость + сопротивление), где-то BMS «маскирует» деградацию, адаптируя доступный диапазон SOC. Поэтому ориентируемся не только на одну цифру, а на совокупность данных (дельта напряжений, IR, поведение под нагрузкой, тепловая карта и т. п.).

---

Откуда берётся деградация: механизмы и их вклад

1. Календарное старение (время): ускоряется при высоком SOC (длительная стоянка 90–100%) и высоких температурах (>35–40 °C).
2. Циклическое старение (заряд-разряд): зависит от глубины циклов (DOD), тока (C-rate), температуры. «Мелкие» циклы в среднем изнашивают меньше, чем «глубокие».
3. Литирование (Li-plating): образование металлического лития на аноде при холоде и высоких токах заряда (особенно быстрая DC-зарядка на морозе без предварительного подогрева). Это необратимо и опасно.
4. Дисбаланс ячеек: различия в саморазряде/сопротивлении со временем приводят к рассинхрону напряжений, уменьшению доступной ёмкости «по слабому звену».
5. Тепловые градиенты: секции, что чаще перегреваются, деградируют быстрее. Важна исправность охлаждения и чистота каналов.

---

Нормальные ориентиры и тревожные индикаторы

Значения ниже — практические ориентиры, конкретные пороги и «нормы» зависят от платформы, химии (NMC/NCA/LFP), ген. BMS и пробега.

• ΔV (разброс напряжений ячеек) при среднем SOC (40–60%) и после отдыха ≥30 мин:
  • Новая/здоровая батарея: < 10–20 мВ.
  • Рабочее состояние: до ~50 мВ без явных проблем.
  • Повод присмотреться: > 80–100 мВ устойчиво в разных режимах.
  • Риск «слабой» ячейки: > 150–200 мВ, особенно если разброс растёт под нагрузкой/зарядом.
• Рост IR (внутреннего сопротивления) относительно средних по модулю:
  • +30–50% — ощутимое влияние на мощность и нагрев.
  • Аномально высокий IR одного модуля — кандидат на углублённую проверку.
• Балансировка: пассивная балансировка обычно активна на высоком SOC (например, >90%). Если BMS «балансит вечно», но ΔV не снижается — ищем проблемную ячейку/модуль.
• SOH по ёмкости: многие производители считают порог «конец ресурса» около 70–80%. Снижение ниже — заметная потеря хода и мощности.
• Температура для диагностики: стремитесь к 20–30 °C (слишком холодно/жарко искажает результаты).

---

Диагностика: от простого к продвинутому

1) Базовая потребительская оценка (без вскрытия и спецоборудования)

• Сравните доступную энергию/запас хода с паспортными значениями, но учитывайте стиль езды, климат, резину и рельеф.
• Наблюдайте просадку мощности при ускорениях, особенно на низком SOC или в жару/холод — признак роста IR/ограничений BMS.
• Проведите контрольный цикл: заряд до целевого уровня (например, 90–100% с предкондиционированием), затем равномерная дорога до ~10–15% при мягкой езде. Замерьте из сети кВт·ч, залитые в батарею и израсходованные по борткомпьютеру (помня о потерях).

2) OBD-диагностика через BMS-данные

• Считайте: минимальное/максимальное напряжение ячейки, дельту ΔV, температуры по датчикам, минимальную/максимальную температуру, подсчитанную BMS ёмкость/SOH, IR/DCIR (если доступно).
• Снимайте логи в трёх состояниях: покой (30–60% SOC), умеренная нагрузка (разгон/подъём), заряда (AC/DC). Отсматривайте, как ведёт себя ΔV: если «разбегается» под током — у слабого модуля выше IR.
• Сравните модули между собой: аномально «холодный/горячий» модуль, отличающийся IR/напряжением, — повод для доп. проверки.

3) Тест «заряд-отдых-разряд» для оценки ёмкости

• Зарядите до 100% в тёплом боксе (20–25 °C) с предкондиционированием. Дайте постоять 30–60 мин, чтобы снять поверхностный заряд и дать BMS выполнить балансировку/уточнить SOC.
• Выполните равномерный разряд до 10–15% при умеренной скорости без резких ускорений, фиксируя израсходованную энергию.
• Сопоставьте с паспортной ёмкостью. Если BMS даёт SOH, сравните «по факту» (кВт·ч) vs «по BMS» — сильное расхождение может означать некорректную калибровку счётчика или ограничения мощностью.

4) Оценка внутреннего сопротивления

• Некоторые авто показывают DCIR по модулям. Смотрите на равномерность: один «выпирающий» модуль — риск.
• Полевой приём: краткий импульс разгона и запись ΔV/ΔI — косвенная оценка сопротивления (для сравнения модулей между собой в одинаковых условиях).

5) Тепловая диагностика

• Сравните температуры датчиков в покое и под нагрузкой. Локальная «горячая точка» при той же нагрузке — у модуля выше IR/хуже охлаждение. Проверьте контуры охлаждения.

6) Профессиональные методы

• EIS/импедансная спектроскопия, тест изоляции HV, проверка контакторов/предзаряда, сервисные балансовки. Это — сервисный уровень.

---

Балансировка: как её понимать и когда она реально нужна

• Зачем: ячейка с меньшей ёмкостью или выше саморазрядом первой достигает предела, «урезая» доступную энергию для всей батареи.
• Пассивная балансировка включается на высоком SOC и медленно «срезает» избыток заряда у более наполненных ячеек. Это долго, но безопасно.
• Активная балансировка может перераспределять заряд в процессе езды/заряда, ускоряя выравнивание.
• Признак проблем: если после нескольких полных зарядов с отдыхом ΔV остаётся >100–150 мВ, а под током «разбегается» сильнее — вероятна деградация ячейки/модуля.

Top- vs bottom-balance. На серийных авто преобладает балансировка «наверху» (при близком к 100% SOC), потому что именно там кривая OCV круче и выравнивать проще. Для некоторых LFP-платформ периодический «полный верх» помогает калибровке BMS.

---

Чем SOH отличается от реального «ощущения» батареи

• SOH по ёмкости не учитывает рост сопротивления. Машина может ещё показывать «SOH 85%», но уже чувствительно теряет мощность в холод/на низком SOC из-за ограничений по току.
• SOH по мощности/сопротивлению отражает способность отдавать ток, но может занижать «остаточный запас хода» в мягких режимах.
• Вывод: используйте набор метрик: SOH, ΔV, IR, поведение под током, температурная карта, фактическая энергия «к розетке».

---

Как продлить ресурс: коротко о важных привычках

• Не храните авто высоко заряженным (90–100%) неделями, особенно летом. Оптимально для стоянки: 30–60% SOC.
• Избегайте глубочайших разрядов (0–5% SOC) как привычки.
• Быстрая DC-зарядка — ок, если умеренно и при тёплой батарее (предкондиционирование зимой).
• Следите за температурой: идеал для езды/заряда 20–35 °C; крайности ускоряют износ.
• LFP-нюанс: периодически полезно зарядить «до верха» (например, 100% раз в 2–4 недели) для калибровки BMS, но не держать долго при высоких температурах.

---

Чек-лист диагностики б/у EV/PHEV перед покупкой

1. История эксплуатации: климат, тип зарядок (частая DC?), пробег/часы.
2. Версия ПО: актуальность прошивок BMS/тепломенеджмента.
3. Контрольный заряд: до 90–100% с предкондиционированием, отдых 30–60 мин.
4. Снимок OBD в покое: миним./макс. напряжение ячейки, ΔV, температуры.
5. Тест под нагрузкой: лог ΔV и температуры при одинаковой нагрузке (разгон/подъём).
6. Тест на заряде: наблюдение за балансировкой на высоком SOC.
7. Фактическая энергия: кВт·ч «из сети» vs бортовая, на мягком разряде до ~10–15%.
8. IR/модули: сравнение сопротивлений (если доступны).
9. Тепловая карта: нет ли «горячих» модулей/датчиков.
10. Осмотр охлаждения: утечки, загрязнения, работоспособность насосов/вентилей (по логам).
11. Ошибки/события BMS: коды неисправностей, история ограничений мощности/заряда.
12. Итог: SOH + ΔV + поведение под током + энергия к розетке. При сомнении — сервисная проверка.

---

Сравнительная таблица: методы диагностики HV-батареи

Метод	Что измеряем	Плюсы	Минусы/ограничения	Когда применять
Бортовые показатели пробега/расхода	Запас хода, кВт·ч/100 км	Просто, без инструментов	Сильно зависит от условий, стиля, климата	Быстрая первичная оценка
Контрольный цикл «заряд-отдых-разряд»	Фактическая доступная энергия	Дает реальную ёмкость «у розетки»	Требует времени, влияния погоды; потери на заряд	При покупке/ежегодной проверке
OBD-лог в покое	ΔV ячеек, температуры	Дешево, показательно	Нужен адаптер/ПО; зависит от реализации BMS	Базовый скрининг баланса
OBD-лог под нагрузкой/зарядом	ΔV под током, ограничения мощности	Выявляет «слабые» модули, рост IR	Нужны постоянные логи, одинаковые условия	Поиск проблемных модулей
Оценка IR/DCIR	Внутреннее сопротивление модулей	Хороший индикатор «провалов»	Не на всех авто доступно; чувствительно к температуре	Подтверждение подозрений
Тепловая диагностика	Карта температур	Находит плохое охлаждение	Датчики не на каждой ячейке	При аномальном нагреве/неравномерности
Сервисная EIS/тест изоляции	Импеданс, утечки, изоляция HV	Наиболее информативно	Дорого, только в сервисе	Предремонтная/гарантийная экспертиза

---

Разбор частых кейсов

• «SOH 92%, но машина тупит зимой» — вероятен рост IR; BMS ограничивает ток на холодной батарее. Решение: тёплый гараж/предкондиционирование, проверка IR/баланса.
• «ΔV гуляет до 180 мВ при разгоне» — ищем слабый модуль (высокий IR), сверяем температуры и логи под разными нагрузками.
• «После замены одного модуля SOH вырос, но ΔV вернулся» — новый модуль не согласован по ёмкости/IR и не прошёл корректную верхнюю балансировку/калибровку.
• «LFP и недооценка SOC» — периодическая зарядка до 100% с отдыхом помогает BMS калиброваться.

---

Вопросы и ответы (FAQ)

1. Что важнее — SOH или ΔV?
Оба. SOH по ёмкости говорит о «сколько энергии поместится», а ΔV и IR — о «как батарея отдаёт эту энергию» (мощность, нагрев, ограничения BMS).

2. Нормально ли держать батарею всё время на 100%?
Для быта — нет. Длительная стоянка при 90–100% SOC ускоряет календарную деградацию, особенно в жару. Держите 30–60% при длительных перерывах.

3. А как же LFP — ей можно до 100%?
LFP лучше переносит высокий SOC, и полный заряд полезен для калибровки, но не стоит неделями держать 100% при высокой температуре.

4. Частая быстрая DC-зарядка убивает батарею?
Умеренно — нет, если батарея тёплая и система охлаждения справляется. Главные враги — высокая температура и заряд «в холод» без подогрева.

5. Можно ли «вылечить» деградировавшую ячейку балансировкой?
Если деградация связана с ёмкостью/IR, балансировка не вернёт ресурс — она лишь выравнивает уровни. Поможет только модульный ремонт (при наличии) или замена батареи.

6. Почему BMS после обновления прошивки «изменила» SOH?
Алгоритм оценки мог измениться: новые кривые OCV-SOC, фильтры, учёт температуры. Это не всегда означает реальное ухудшение/улучшение батареи.

7. Что значит «рест калибровки BMS»?
Полные циклы «до верха с отдыхом → умеренный разряд» помогают уточнить оценку SOC/SOH. Но «сбросы» параметров без понимания — риск получить некорректные пределы и ошибки.

8. Какая ΔV считается критичной?
Устойчиво >150–200 мВ (на среднем SOC и под током) — тревожно. Смотрите в динамике и при одинаковой температуре.

9. При какой температуре лучше диагностировать?
Около 20–30 °C. В холод/жару измерения SOC/SOH/IR смещаются.

10. Можно ли смешивать модули при ремонте?
Нежелательно. Важны тип химии, поколение, ёмкость, IR. Иначе ΔV/IR «поведут» всю батарею.

11. Сколько живёт батарея?
Зависит от химии и эксплуатации. Условно: первые 5–10% потери в первые годы, далее 1–3%/год при щадящем режиме. Но частая жара/высокий SOC/агрессивная DC могут ускорить.

12. Что выбрать для бережливых поездок — «поддерживать 50–60%» или «заряжать под поездку»?
Идеально — заряд под поездку, не хранить долго на 90–100% и не оставлять на 0–5%.

---

Частые ошибки при оценке и как их избежать

• Сравнение «запаса хода» без учёта климата/скорости/резины. Летом и зимой «паспортные» цифры не показатель.
• Снятие ΔV на горячей/холодной батарее и выводы «на глаз». Дайте батарее остыть/прогреться и «отстояться».
• Одна «поездка-тест» вместо логов. Делайте несколько замеров, в одинаковых условиях.
• Доверие только одной цифре SOH. Смотрите на IR, ΔV, поведение под током, фактическую энергию.
• Попытка «лечить» деградацию прошивками/сбросами. Это может ухудшить точность расчётов BMS.

---

Коротко о химиях: NMC/NCA vs LFP

• NMC/NCA: выше удельная энергия, чувствительнее к высокой температуре и высокому SOC при хранении; лучше мощность в холод по сравнению с LFP, но риски литирования при холодном быстром заряде.
• LFP: более ровная деградация, лучше переносит частые 100% (но не жару), имеет плоскую кривую OCV — калибровки особенно важны; в холоде заметнее падение мощности.

---

Сценарии для PHEV/HEV vs BEV

• HEV: узкое «рабочее окно SOC» и множество мелких циклов; ресурс часто высокий, но перегрев под капотом и отсутствие активного охлаждения батареи — риск.
• PHEV: глубже циклы при езде «на электричестве»; важно следить за охлаждением и не держать батарею постоянно 100% при жаре.
• BEV: максимум энергии и тепломенеджмент; «бережливый» режим хранения и умеренность DC-зарядок — ваш друг.

---

Корректная оценка здоровья HV-батареи — это не одна цифра, а комплекс: SOH по ёмкости, ΔV/баланс, IR/мощность, температурная карта и фактическая энергия «к розетке». Регулярная мягкая диагностика, грамотные привычки зарядки/хранения и внимание к охлаждению заметно продлевают ресурс и сохраняют ликвидность автомобиля.