焦紅星，熊紅紅，張延星

（1.鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450100；2.鄭州升達(dá)經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院，河南 鄭州 451191；3.宇通客車新能源技術(shù)部，河南 鄭州 410137）

動(dòng)力電池荷電狀態(tài)（Stage of Charge，簡(jiǎn)稱SOC）是計(jì)算電動(dòng)汽車剩余續(xù)航以及預(yù)計(jì)充滿時(shí)間的重要參數(shù)，是評(píng)價(jià)整車加速性能的重要指標(biāo)，SOC的準(zhǔn)確估算能有效提高動(dòng)力電池組的利用效率，保證電池組壽命，是保證電池管理安全可靠的關(guān)鍵因素之一。同時(shí)，由于動(dòng)力電池SOC的非線性，并且受到多種因素的影響，導(dǎo)致電池電量估計(jì)和預(yù)測(cè)方法復(fù)雜，準(zhǔn)確估計(jì)SOC比較困難。SOC估算精度影響因素有充放電電流大小、溫度、電池容量衰減、自放電、一致性等。

1 傳統(tǒng)SOC修正方法

常用的SOC估算方法有開(kāi)路電壓法（0pen Circuit Voltage，OCV）、安時(shí)積分法、電池內(nèi)阻法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法等。開(kāi)路電壓法簡(jiǎn)單易行，但由于不同充放電倍率時(shí)電池組電壓不一致，在電流波動(dòng)較大場(chǎng)合，這種方法失去意義，并且需要電池靜置至穩(wěn)定狀態(tài)，不適合新能源汽車運(yùn)行過(guò)程中的SOC估計(jì)。安時(shí)積分法計(jì)算方式簡(jiǎn)單，是應(yīng)用最廣泛的SOC估算方法，但多次循環(huán)后會(huì)出現(xiàn)誤差積累。直流內(nèi)阻的大小受計(jì)算時(shí)間段的影響，放電后期準(zhǔn)確測(cè)量電池單體內(nèi)阻比較困難。網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法及卡爾曼濾波法需要大量參考數(shù)據(jù)，估計(jì)誤差受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法影響較大。

傳統(tǒng)的做法是使用OCV表校準(zhǔn)，車輛靜置后單體溫度變化導(dǎo)致查表SOC偏差較大，存在SOC值跳變的可能，間接影響剩余里程的計(jì)算，也影響用戶體驗(yàn)。而處理SOC跳變的一般用法是固定斜率跟隨校準(zhǔn)，這種方法會(huì)引起因OCV校準(zhǔn)后的一段充放電曲線過(guò)陡或過(guò)緩。本文在安時(shí)積分法及開(kāi)路電壓法基礎(chǔ)上，根據(jù)充放電狀態(tài)判斷目標(biāo)SOC所屬區(qū)間，依據(jù)充放電區(qū)間表的目標(biāo)SOC值計(jì)算跟隨斜率，并根據(jù)計(jì)算得到的斜率實(shí)時(shí)控制動(dòng)態(tài)曲線的斜率，進(jìn)而校準(zhǔn)SOC。

2 SOC動(dòng)態(tài)修正方法

2.1 動(dòng)態(tài)修正方法簡(jiǎn)介

SOC分為真實(shí)SOC、儀表顯示SOC、內(nèi)網(wǎng)SOC、重合SOC。內(nèi)網(wǎng)SOC是帶有一位小數(shù)，范圍在0～100%的數(shù)值，即充放電過(guò)程中采用可變?nèi)萘康陌矔r(shí)積分法所估算的SOC。儀表顯示SOC不帶小數(shù)，范圍在0～100%的數(shù)值，即顧客可在儀表上直觀看到的剩余荷電狀態(tài)。儀表顯示SOC=內(nèi)網(wǎng)SOC+0.9%后取整。SOC修正的難點(diǎn)在于查找相對(duì)準(zhǔn)確的真實(shí)SOC及儀表顯示SOC與真實(shí)SOC重合點(diǎn)。

整車上電后，BMS判斷電池處于充電狀態(tài)或放電狀態(tài)，若為充電狀態(tài)時(shí)，則真實(shí)SOC為最大單體所對(duì)應(yīng)的SOC；若為放電狀態(tài)時(shí)，則真實(shí)SOC為最小單體所對(duì)應(yīng)的SOC。單體所對(duì)應(yīng)的SOC采用表1電池包OCV開(kāi)路電壓表，查表可得不同溫度、不同單體電壓所對(duì)應(yīng)的真實(shí)SOC。依據(jù)充放電區(qū)間表查找重合SOC，計(jì)算SOC修正斜率。

表1 電池包OCV開(kāi)路電壓表

放電公式：跟隨斜率＝（重合SOC-真實(shí)SOC）/（重合SOC-顯示SOC）

充電公式：跟隨斜率＝（重合SOC-顯示SOC）/（重合SOC-真實(shí)SOC）

依據(jù)以上公式計(jì)算跟隨斜率，安時(shí)積分時(shí)結(jié)合跟隨斜率加以修正。

1）放電區(qū)間表分為5個(gè)區(qū)間：①SOC＞70%，則重合點(diǎn)是40%；②50%

真實(shí)SOC比內(nèi)網(wǎng)SOC高，放電時(shí)定義為減速修正；真實(shí)SOC比內(nèi)網(wǎng)SOC低，放電時(shí)定義為加速修正。

2）充電區(qū)間表分為5個(gè)區(qū)間：①SOC＜50%，重合點(diǎn)是75%；②50%≤SOC<65%，重合點(diǎn)是80%；③65%≤SOC<75%，重合點(diǎn)是88%；④75%≤SOC<85%，重合點(diǎn)是95%；⑤85%≤SOC，重合點(diǎn)是100%。這里的SOC是儀表顯示SOC與真實(shí)SOC相比的較大值。

真實(shí)SOC比內(nèi)網(wǎng)SOC高，充電時(shí)定義為加速修正；真實(shí)SOC比內(nèi)網(wǎng)SOC低，充電時(shí)定義為減速修正。

2.2 SOC動(dòng)態(tài)修正實(shí)例

2.2.1 充電SOC修正

1）先將電池包放電至SOC＝0%。

2）25±2℃，以1C電流恒流充60%額定容量。

3）通過(guò)上位機(jī)修改儀表顯示SOC=67%。

4）整車下電靜置超過(guò)1h。

5）上電，BMS根據(jù)最高單體電壓及電池平均溫度，查電池包OCV開(kāi)路電壓表得出真實(shí)SOC=60%。

6）查看內(nèi)網(wǎng)SOC與真實(shí)SOC的差距，參考充放電區(qū)間表，SOC落在65%≤SOC<75%，重合點(diǎn)是88%，在88%左右追趕上。

7）計(jì)算跟隨斜率=（88-60）/（88-67），儀表SOC比真實(shí)SOC大，充電過(guò)程屬于減速修正，修正斜率為0.75。即充電過(guò)程中，真實(shí)SOC變化1%，儀表SOC變化0.75%。

2.2.2 放電SOC修正

1）先將電池充滿電，SOC＝100%。

2）25±2℃，以1C電流恒流放20%額定容量。

3）通過(guò)上位機(jī)修改儀表顯示SOC=73%。

4）整車下電靜置超過(guò)1h。

5）上電，BMS根據(jù)最高單體電壓及電池平均溫度，查電池包OCV開(kāi)路電壓表得出真實(shí)SOC=80%。

6）查看內(nèi)網(wǎng)SOC與真實(shí)SOC的差距，參數(shù)放電區(qū)間表，SOC＞70%，將在40%左右追趕上。

7）計(jì)算跟隨斜率=（40-73）/（40-80），儀表SOC比真實(shí)SOC小，放電過(guò)程屬于減速修正，修正斜率為0.825。即放電過(guò)程中，真實(shí)SOC變化1%，內(nèi)網(wǎng)SOC變化0.825%。

動(dòng)態(tài)修正流程如圖1所示。

圖1 動(dòng)態(tài)修正流程圖

3 S O C動(dòng)態(tài)修正問(wèn)題及解決方法

動(dòng)態(tài)修正，依據(jù)儀表顯示與真實(shí)的差距，參考充放電區(qū)間表，確定修正，計(jì)算修正速率，修正時(shí)間較長(zhǎng)。整車上電行駛，未修正結(jié)束車輛已下電，造成累積誤差。針對(duì)此問(wèn)題，設(shè)置了4種修正策略，Ah修正、瞬態(tài)修正、亞穩(wěn)態(tài)修正、穩(wěn)態(tài)修正。

3.1 安時(shí)（Ah）修正

動(dòng)力電池高壓斷電，BMS休眠后靜置＜1h，不滿足OCV開(kāi)路電壓法，無(wú)法獲取真實(shí)。下次開(kāi)機(jī)時(shí)，根據(jù)電池平均溫度對(duì)應(yīng)的Ah系數(shù)（表2）進(jìn)行可用容量修正，確定真實(shí)，當(dāng)沒(méi)有進(jìn)行瞬態(tài)修正或亞穩(wěn)態(tài)修正時(shí)，真實(shí)=。當(dāng)進(jìn)行瞬態(tài)修正或亞穩(wěn)態(tài)修正時(shí)根據(jù)具體情況確定真實(shí)值。

表2 不同溫度Ah系數(shù)表

真實(shí)確定方法如下：設(shè)定電池包額定容量為100Ah，放電后電池包剩余容量為70Ah，電池平均溫度為10℃，則安時(shí)修正后的剩余容量為70Ah×0.9=63Ah。

3.2 瞬態(tài)修正

在每次充電后（充電上升10%），2min≤靜置時(shí)間＜20minh，靜置條件為分流器電流≤1.5A（電流＞1.5A持續(xù)500ms認(rèn)為達(dá)到非零電流條件），根據(jù)開(kāi)路電壓校正表確定真實(shí)與Ah修正確定的真實(shí)相比，當(dāng)-＞10%時(shí)，真實(shí)=+10%；當(dāng)-＞10%時(shí)，真實(shí)=-10%；當(dāng)∣-∣≤10%時(shí)，真實(shí)=。

3.3 亞穩(wěn)態(tài)修正

在每次充電后（充電上升10%），20min≤靜置時(shí)間＜1h，靜置條件為分流器電流≤1.5A，電流＞1.5A持續(xù)500ms認(rèn)為達(dá)到非零電流條件，根據(jù)開(kāi)路電壓校正表確定真實(shí)SOC。

3.4 穩(wěn)態(tài)修正

電池下電后靜置時(shí)間≥1h，靜置條件為分流器電流≤1.5A，電流＞1.5A持續(xù)500ms認(rèn)為達(dá)到非零電流條件，下次開(kāi)機(jī)時(shí)，根據(jù)開(kāi)路電壓校正表確定真實(shí)。

通過(guò)《開(kāi)路電壓校正表》查表時(shí)，根據(jù)電池的最高單體電壓V和最低單體電壓V得到兩個(gè)，分別為真實(shí)和真實(shí)。

4 結(jié)論

動(dòng)態(tài)修正已應(yīng)用到量產(chǎn)車型中，經(jīng)過(guò)理論實(shí)驗(yàn)和實(shí)際測(cè)試，有效解決了跳變、修正過(guò)緩或過(guò)陡等問(wèn)題。