武警工程大學(xué)信息工程系 薛行貴 陳軍峰 方 瑩

一種改進(jìn)型SoC估值技術(shù)

武警工程大學(xué)信息工程系 薛行貴 陳軍峰 方 瑩

本文首先介紹了SOC估值技術(shù)的概念，而后對開路電壓法與電荷累積法兩種SOC估值方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，并基于兩種SOC估值方法的基礎(chǔ)上提出了兩種方法相結(jié)合的改進(jìn)型SOC估值方法。

SOC估值；開路電壓法；電荷累積法；改進(jìn)型SOC估值技術(shù)

0　引言

隨著祖國經(jīng)濟(jì)的騰飛，各大能源消耗空前，化學(xué)能源供應(yīng)緊張，國內(nèi)石油對外依存度快速上升，研發(fā)清潔、安全、環(huán)保的電動汽車，已經(jīng)成為國際共識。電動汽車行業(yè)的興起是契合生態(tài)文明建設(shè)的要求，是可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，電池系統(tǒng)作為電動汽車的核心部件，人們對電池系統(tǒng)的性能提出了更高的要求，其性能的好壞極大程度上影響著電動汽車的整體效能，在整車系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。SoC估值作為衡量電池剩余電量的重要指標(biāo)，精確的完成SOC估值能為系統(tǒng)提準(zhǔn)確的電池參數(shù)信息，防止電池過充過放，提高電池組循環(huán)使用壽命。目前對電池SOC估值的方法主要有內(nèi)阻法、電荷累積法、開路電壓法、卡爾曼濾波法等。本文主要就電荷累積法和開路電壓法進(jìn)行介紹，并提出改進(jìn)型SOC估值法。

1　SOC值的定義

SOC值的定義可以從兩個角度來判定：

首先從能量的角度來定義SOC值：一般情況設(shè)定在常溫的條件下，當(dāng)電池吸收能量直至無法再吸收時可視為此時電池的SOC狀態(tài)為100%。當(dāng)電池放電直至無法再放出能量時，可視為此時電池的SOC狀態(tài)為0%。即SOC值為剩余電池能量與電池額定能量的比值。

式中：Wr表示電池的剩余能量，Wu表示電池完全放空后所釋放出來的最大能量。

從電荷量的角度來定義SOC時：在一定的放電倍率下，電池的荷電狀態(tài)與相同環(huán)境下的電池額定容量的比值。

式中：Qr表示電池的剩余容量，Qu表示電池放出的最大容量。

2　電荷累積法

電荷累積法的原理：將電池充放電電量都視為固定值，而后利用微積分的原理計(jì)算出電流在規(guī)定時間內(nèi)的消耗量和積累量，并與初始時刻的SoC值相加減，即可得到相應(yīng)時刻的SoC值。那么在T時刻與之對應(yīng)的SoC值的計(jì)算公式為：

式中：SoCT表示在T時刻的電池電荷容量，SoC0表示電池的初始電荷容量，CN表示電池的總?cè)萘?，I表示電池充放電電流大小，充電時電流符號為正，放電時電流符號為負(fù)，表示電流充放電效率。

使用電荷累積法可以對實(shí)時變化的SOC值起到不間斷的跟蹤檢測，有著非凡的跟隨性，并且該方法原理清楚明了，已適用于多款電池的SOC估值，當(dāng)該方法仍存在些許不足：（1）要計(jì)算某特定時刻的SOC值，需要得知與之相加減的初始時刻的SOC值，而這就涉及了對電池SOC的估值；（2）在對電流的測量中，儀器的精度不足會造成測量誤差，而且誤差會隨著時間的積累而被放大；（3）電池在未工作時存在自放電現(xiàn)象，而該過程損耗的電荷量無法被估值。

3　開路電壓法

開路電壓指的是當(dāng)電池處于不工作狀態(tài)，流經(jīng)電池的電流為0時所測得的電壓值。而開路電壓法是依據(jù)電池的SOC值與開路電壓的映射關(guān)系，即一個開路電壓值對應(yīng)著唯一一個SOC值，則可通過測量電池的開路電壓值來反應(yīng)電池的SOC值。但該方法的缺陷在于忽略的周圍環(huán)境的差異以及各電池單體自身?xiàng)l件和運(yùn)行狀況的差異，且開路電壓法的運(yùn)用是基于電池單體長時間斷電靜置后測量出來較為精確開路電壓值，而后通過相應(yīng)的查找SOC-OCV曲線的出電池現(xiàn)時刻的SOC值，不同類型的電池運(yùn)用的SOC-OCV曲線是不同的，以磷酸鐵鋰電池為例，圖1為磷酸鐵鋰電池的SOC-OCV曲線。

圖1　

4　改進(jìn)型SOC估值方法

基于前文對電荷累積法與開路電壓法的分析可知，兩種方法存在著優(yōu)勢互補(bǔ)的特點(diǎn)，電荷累積法對電池工作時SOC值的檢測有著良好的跟隨性，可實(shí)時檢測電流的放出和充入量來對電池SOC值的增減進(jìn)行準(zhǔn)確的估計(jì)，但其對起始的SOC值的估計(jì)不準(zhǔn)確，而開路電壓法卻能彌補(bǔ)電荷累積法的缺陷，以其暫停工作并靜置一段時間后能準(zhǔn)確的測量出開路電壓值，從而進(jìn)一步讀出電池的SOC值，可對電池的SOC值進(jìn)行修正，在電荷累積法的基礎(chǔ)上利用開路電壓法對電池的SOC值進(jìn)行及時的修繕,得出更精確的SOC值。

An Improved SoC Estimation Technique

Xue Xinggui, Chen junfengFang Ying
(Information engineering department Engineering College of CAPF,Xi’an Shanxi 710086，China)

This paper first introduces the concept of SOC estimation technology, and then compares the advantages and disadvantages of SOC estimation methods with open-circuit voltage method and charge accumulation method. Based on the two SOC estimation methods, two methods are proposed. Combined with the improved SOC estimation method.

SOC estimation; open-circuit voltage method; charge accumulation method; improved SOC estimation technology

薛行貴（1992—），男，福建福州人，武警工程大學(xué)信息工程系碩士研究生在讀，主要研究方向：電池管理系統(tǒng)。

陳軍峰（1984—），男，福建福州人，博士，現(xiàn)供職于武警工程大學(xué)信息工程系，主要研究方向：電池管理系統(tǒng)。

方瑩（1991—），男，福建福州人，武警工程大學(xué)信息工程系碩士研究生在讀，主要研究方向：電池管理系統(tǒng)。