SOC(state of ge)估计算法是电池管理系统(BMS)开发应用的关键技术之一,传统燃油车有油表,能跑多远,看一眼心里就有数了,换成电动汽车,SOC就是电动汽车的”油表”,所以SOC的准确、稳定与否非常重要。SOC的定义粗略的说就是,SOC=剩余容量/额定容量(满充容量)*100%,更浅显的比喻就是剩余容量就好比汽车里面剩余的油,额定容量就是汽车的油箱容量,SOC就是剩余的”油”和”油箱容量”的比值。这个”剩余的油”和”油箱容量”越精确,用户使用起来就会越放心。
目前主流的SOC估算方法有开路电压法、电流积分法、卡尔曼滤波法和神经网络法。比较常用的是前两种,后两种算法这里不展开讨论。开路电压法其原理是利用电池在长时间静置的条件下,开路电压与SOC存在相对固定的函数关系,从而根据开路电压来估算SOC。以前常用的铅蓄电池电动自行车就是使用这种方法估算SOC。开路电压法简单便捷,但也存在很多缺点:
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电池须经过长期静置,但电动汽车启动频繁,开路电压短时间内很难稳定;
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电池存在电压平台,特别是磷酸铁锂电池,在SOC30%-80%期间,端电压和SOC曲线近似为直线;
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电池处于不同温度或不同寿命时期,尽管开路电压一样,但实际上的SOC差别可能较大;
如下图,我们在使用这种电动自行车,假如当前SOC显示100%,在加速启动下电压下降,电量可能显示80%,停止加速时电压回升,电量又会跳回100%。
电流积分法估算SOC
目前广泛应用于电动自行车、园林工具、储能等领域。虽然很多不同的BMS厂家都是用电流积分法估算SOC,但是由于各自算法设计、硬件电路、电流采样芯片选择的不同精度也各不相同。电流积分法也叫安时积分法(也叫电流积分法或库仑计数法),其本质是在电池进行充电或放电时,通过累积充进或放出的电量来估算电池的SOC。与其它SOC估算方法相比,电流积分法相对可靠,并且可以动态地估算电池的SOC值,因此被广泛使用。
电流积分法简化公式如下:
从以上公式不难看出,该估算方法存在着误差,主要来源于三个方面:
- 电流采样造成误差
采样精度采样间隔
- 电池容量变化造成误差
温度变化电池老化充放电倍率不同电池自放电
- SOC
初始SOC估算困难
最终SOC过程取舍误差
该方法只是以电池的外部特征作为SOC估算依据,在一定程度上忽视了电池自放电率、老化程度和充放电倍率对电池SOC的影响,长期使用也会导致测量误差不断累积扩大,因此需要引入相关修正系数对累积误差进行纠正。
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