SOC估算方法研究及其在新能源汽车电池管理系统中应用分析

SOC估算方法研究及其在新能源汽车电池管理系统中应用分析

作者：陈俊虎

来源：《科学与财富》2018年第35期

摘 要：随着现代人们节能环保意识的提升，越来越多的家庭在购车过程中倾向于选择纯电动车，这推动了电动汽车产业的发展。电池管理系统是纯电动汽车重要组成部分，该部分的工作性能对于纯电动汽车的使用体验具有直接影响，因此越来越受到人们的关注。文章主要针对SOC估算方法及其在新能源汽车电池管理系统中的应用展开探讨。 关键词：SOC估算方法；新能源汽车；电池管理系统

新能源汽车通常是指纯电动汽车，其主要依靠电力运转，动力系统的主要组成部分为动力蓄电池以及电动机。虽然电动汽车的发展一开始不受到人们的看好，但是随着锂离子电池、高效动力系统等新型技术的应用以及节能环保型社会的建设，纯电动汽车越来越受到人们的关注，且在欧美、日本等地区得到了推广，我国也在公交行业中大力推广纯电动汽车。为了进一步推动纯电动汽车的发展，需要不断提高其动力系统的性能与稳定性。因此，需要不断的创新纯电动汽车的电池管理系统，从而实现环境友好型社会的建设，贯彻落实科学发展观。 一、新能源汽车电池管理系统

新能源汽车与其他汽车的最大区别在于驱动力，混合动力汽车、纯电动汽车以及燃料电池电动汽车被统称为新能源汽车，其中纯电动汽车完全采用电力驱动，能够实现零排放的目标，因此对电池的要求相对较高，因此本次研究主要针对纯电动汽车的电池管理系统展开探讨。 纯电动汽车对于电池续航能力有着较高的要求，需要达到100～160wh/kg比能量。纯电动汽车的电池需要具备放电率低、使用时间长、安全性能高等优势。目前各个国家在电池开发中主要是对锂电池进行开发[1]。此外，铅酸电池、太阳能电池等都是目前市场中常用的绿色环保电池。电池具有非线性与时变特点，在汽车驾驶过程中，电池容量、最大放电功率、等效内阻等参数会随着电池使用时间、充放电状态等因素而产生相应的变化。因此需要一套配套的管理系统从而提供更加稳定的驱动力。电池管理技术主要是对电池状态进行各种监测，包括电流、电压、内阻、极化电压、可用容量、老化程度、一致性以及电池温度等参数。根据测量获得的数据为电池系统提供优化方法，从而确保电池的安全性与稳定性，避免电池组超负荷工作，能够提高驾驶的安全性与舒适性[2]。目前纯电动汽车主要是采取剩余容量（SOC）估算的控制方式，对于监测部分，主要是通过提高测量精度，确保数据控制能够获得满意的效果。 二、SOC估算方法及其在新能源汽车电池管理系统中的应用

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SOC估算是电池管理系统的重要功能之一，SOC主要是从电池能源获得的能量信息或是反馈的数据。电池本身的部分特征与SOC有密切的相关性，例如电池内阻值在满电量时较小，当电量残余量接近0之后会迅速升高[3]。因此，准确估算纯电动汽车的SOC对于测量纯电动汽车的动力表现具有重要影响。

电池状态监测通常是对电流、电压以及温度这三个指标的监测，这是一个电池管理系统最基础的功能，也为其他功能提供基础。电池状态分析主要包括电池剩余电量（SOC）以及电池老化程度（SOH）这两方面进行评估[4]。传统燃油汽车主要是通过观察油表的变化来评价汽车的续航能力，而评价纯电动汽车的续航能力则需要通过估算电池系统的剩余电量，而SOC通常使用百分比来反映，同时需要用等效时间或是等效路程来表示，从而让驾驶者更加了解汽车的运行能力。但是由于这些数据都是估算值，因此会存在一定的偏差。电池剩余电量的估算一直是纯电动汽车研发的重点与难点。准确评价电池系统的SOC能够确保驾驶的稳定性与安全性，同时能够更加有效地对动力电池进行管理。

SOC作为电池动力的反馈参数，主要计算公式为SOC= ×100%，其中QR是指剩余电荷量，C则是电池的额定电荷量。剩余电量不是一个能够直接观测到的数值，需要通过电压、电流等参数检测值来间接的估算，目前常用的SOC估算方法主要为以下几种：①开路电压法：该方法主要是通过电池的电势能来计算，根据SOC-EMF曲线来预测电池组的剩余电量，但该方法在锂离子电池中的应用效果一般，在铅酸电池中具有较好的应用效果，这主要是由于铅酸电池的SOC-EMF曲线关系良好。②安时法：该方法是目前纯电动汽车SOC估算法中最常用的方法之一，其主要是通过电流积分来估算剩余电量，具有操作简单且稳定性高的优势。该方法的公式为 ，其中 是指t2时间电池组的电量，i是指电流，t为时间，t为时间，当电池处于放电状态时，电流符号为正，在充电时为负。该方法能够在短时间能估算电池工作时间的电流积分，从而获得SOC值，但是该方法存在初始值难以确定且累计估算误差大等问题，因此常与开路电压法、内阻法等方法联合应用，尤其是在于开路电压法的联合应用中，能够满足在线检测的需求同时能够减小误差。③荷载电压法：该方法主要是基于开路电压法提出的改进方法，主要计算公式为 ，其中UL是指工作电压、r是指电池内阻，但是在实际应用的过程中存在一些缺陷，主要是由于电池的个体差异大，同时存在开路电压法的缺陷，因此主要是用于观察电池充点电截止的判断依据。 结束语

目前SOC常用算法都存在各种优缺点，因此需要采取综合应用的方式，从而弥补各个算法中的不足，同时要不断的改进，提高新能源汽车电池管理系统的性能。 参考文献：

[1]贾亮，王真真，孙延鹏等.基于多种模型的扩展卡尔曼滤波算法的SOC估算[J].电源技术，2018，42（4）：568-571.

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[2]贺巍，张幽彤，汪云等.车用动力电池及电池管理系统建模与仿真研究[J].计算机仿真，2014，31（2）：215-220.

[3]祖林禄，周跃庆，李玲慧等.基于FPGA和BP神经网络的电池管理系统设计[J].电源技术，2015，39（5）：921-924.

[4]潘莹，朱武，张佳民等.基于STM32的锂电池组SOC管理系统的研究与设计[J].科技创新与应用，2017，23（31）：26-27. 作者简介：

陈俊虎（1994.03），性别：男，籍贯：四川冕宁，民族：汉，研究方向：车辆工程、汽车电控技术、汽车车身结构设计.