[分享] 电动汽车BMS的电池荷电状态(SOC)估算

大多数电动汽车使用不同的技术组合来准确测量 SOC。库仑计数法和开路电压法快速获得基本数据，而 EIS、ECM 和卡尔曼滤波则提供更详细和更精确的信息。此外，神经网络，人工智能的应用也在不断的提高 SOC 的准确性。

1 什么是电池荷电状态（SOC）？

电池荷电状态（SOC）是电池管理的一个重要指标，尤其是对锂离子电池而言。它指的是电池相对于其容量的电量水平，通常用百分比表示。SOC 用于确定电池的剩余电量，而剩余电量对于预测电池的性能和使用寿命至关重要。测量电池的充电状态并不是一项简单的任务，有很多种方法，比如电压/电流积分、阻抗测量和库仑计数等。
 

 

 

2 如何估算SOC？

   
确定电动汽车电池 SOC 的技术各不相同，主要的技术有以下几种：

 

开路电压法

 

铅酸蓄电池的 SOC 与其开路电压 (OCV) 之间存在近似线性关系，基于电池 OCV 的方法是，当电池与负载断开时间超过两小时时，电池的 OCV 与 SOC 成正比。然而，如此长的断开时间对于电池来说可能太长而无法实现。

SOC 与 OCV 之间的典型关系

 

 

 

与铅酸电池不同，锂离子电池的 OCV 与 SOC 之间不存在线性关系 。锂离子电池 SOC 与 OCV 之间的典型关系如图所示。OCV 与 SOC 的关系是通过对锂离子电池施加脉冲负载，然后让电池达到平衡而确定的。

所有电池的 OCV 与 SOC 之间的关系不可能完全相同。由于不同电池的传统 OCV-SOC 有所不同，因此需要测量 OCV-SOC 的关系，以准确估算 SOC。

库仑计数法

 

测量电池容量的理想方法是库仑计数法，即通过测量一段时间内流入和流出的电流，进而得到流入或者流出电量。

SOC = 总容量 - （放电电流 - 充电电流）*时间

 

根据电池测量系统的不同，有多种测量放电或充电电流的方法。

 

电流分流器：分流器是一个低欧姆电阻器，用于测量电流。整个电流流经分流器并产生电压降，然后进行测量。这种方法会在电阻器上产生轻微的功率损耗。

霍尔效应传感器：这种传感器通过磁场变化测量电流。 它消除了电流分流器典型的功率损耗问题，但成本较高，且无法承受大电流。
巨磁电阻（GMR）传感器：这种传感器用作磁场检测器，比霍尔效应传感器更灵敏（也更昂贵）。它们的精确度很高。

下图描述了在不同时间测量的放电电流，用来计算一定时间内的总放电电荷量。库仑测量涉及的计算相当复杂，主要由微控制器完成。

 

 

 

库仑计数法是一种安培小时积分法，可有效量化一段时间内的电量，提供动态、连续的状态更新。开路电压（OCV）通过计算电压与电量之间的直接关系，快速评估剩余电量。不过，库仑计数法会因传感器漂移或电池性能变化而随时间累积误差，而开路电压则也可能受到温度波动和电池老化的影响。

 

基于模型的方法

 

基于模型的方法，包括电化学阻抗频谱法 (EIS) 和等效电路模型 (ECM)，通过模拟电池的电化学反应和电气行为来进行深入的 SOC 分析。这些方法可评估内阻、容量和其他关键参数，从而全面了解各种运行条件下的 SOC。

卡尔曼滤波是另一种流行的基于模型的技术，它能整合来自多个传感器的数据，即使在动态环境中也能精确估算 SOC。然而，卡尔曼滤波法的准确性容易受到传感器漂移、极端温度变化和电池行为变化等外部因素的影响。

 

大多数电动汽车使用不同的技术组合来准确测量 SOC。库仑计数和 OCV 快速获得基本数据，而 EIS、ECM 和卡尔曼滤波则提供更详细和更精确的信息。此外，神经网络，人工智能的应用也在不断的提高 SOC 的准确性。

3 SOC的重要性

   
防止电池损坏：通过将 SOC 保持在 20% 至 80% 之间，电动汽车 BMS 可防止电池过度磨损，延长 SOH、容量和运行寿命。BMS 还依靠准确的 SOC 读数来降低电池单元因完全充电和深度放电而受损的风险。

 

性能最大化：电动汽车电池在特定的 SOC 范围内运行时可实现最佳性能。尽管根据电池化学成分和设计的不同，这些范围也会有所不同，但大多数电动汽车电池都能在 20% 至 80% SOC 范围内实现高效的电力传输和强劲的加速性能。

 

估算行驶里程：SOC 直接影响电动汽车的行驶里程，这对有效和安全的行程规划至关重要。

 

优化能效：精确的 SOC 测量可最大限度地减少能源浪费，同时最大限度地利用再生制动延长行驶里程。

 

确保充电安全：BMS 利用 SOC 读数来调节电动汽车电池的充电速率，采用涓流充电和受控快速充电等技术来保护电池寿命。它还能在动态充电曲线的引导下，确保单个电池的均衡充电，从而优化调整电流和电压，保持电池健康并防止过度充电。

 

KRIS

本帖最后由 qwqwqw2088 于 2024-3-25 08:52 编辑

开路电压法就像大人给颗糖骗小孩子一样，只有库仑法测量才能正确评估剩余电量，这中间还要插入电池损耗计算。

是的，库仑法是目前计算剩余电量的比较精确的方法