一种改进型SoC估值技术

武警工程大学信息工程系 薛行贵 陈军峰 方 莹

一种改进型SoC估值技术

武警工程大学信息工程系 薛行贵 陈军峰 方 莹

本文首先介绍了SOC估值技术的概念，而后对开路电压法与电荷累积法两种SOC估值方法的优缺点进行了比较，并基于两种SOC估值方法的基础上提出了两种方法相结合的改进型SOC估值方法。

SOC估值；开路电压法；电荷累积法；改进型SOC估值技术

0　引言

随着祖国经济的腾飞，各大能源消耗空前，化学能源供应紧张，国内石油对外依存度快速上升，研发清洁、安全、环保的电动汽车，已经成为国际共识。电动汽车行业的兴起是契合生态文明建设的要求，是可持续发展的必然选择，电池系统作为电动汽车的核心部件，人们对电池系统的性能提出了更高的要求，其性能的好坏极大程度上影响着电动汽车的整体效能，在整车系统中发挥着举足轻重的作用。SoC估值作为衡量电池剩余电量的重要指标，精确的完成SOC估值能为系统提准确的电池参数信息，防止电池过充过放，提高电池组循环使用寿命。目前对电池SOC估值的方法主要有内阻法、电荷累积法、开路电压法、卡尔曼滤波法等。本文主要就电荷累积法和开路电压法进行介绍，并提出改进型SOC估值法。

1　SOC值的定义

SOC值的定义可以从两个角度来判定：

首先从能量的角度来定义SOC值：一般情况设定在常温的条件下，当电池吸收能量直至无法再吸收时可视为此时电池的SOC状态为100%。当电池放电直至无法再放出能量时，可视为此时电池的SOC状态为0%。即SOC值为剩余电池能量与电池额定能量的比值。

式中：Wr表示电池的剩余能量，Wu表示电池完全放空后所释放出来的最大能量。

从电荷量的角度来定义SOC时：在一定的放电倍率下，电池的荷电状态与相同环境下的电池额定容量的比值。

式中：Qr表示电池的剩余容量，Qu表示电池放出的最大容量。

2　电荷累积法

电荷累积法的原理：将电池充放电电量都视为固定值，而后利用微积分的原理计算出电流在规定时间内的消耗量和积累量，并与初始时刻的SoC值相加减，即可得到相应时刻的SoC值。那么在T时刻与之对应的SoC值的计算公式为：

式中：SoCT表示在T时刻的电池电荷容量，SoC0表示电池的初始电荷容量，CN表示电池的总容量，I表示电池充放电电流大小，充电时电流符号为正，放电时电流符号为负，表示电流充放电效率。

使用电荷累积法可以对实时变化的SOC值起到不间断的跟踪检测，有着非凡的跟随性，并且该方法原理清楚明了，已适用于多款电池的SOC估值，当该方法仍存在些许不足：（1）要计算某特定时刻的SOC值，需要得知与之相加减的初始时刻的SOC值，而这就涉及了对电池SOC的估值；（2）在对电流的测量中，仪器的精度不足会造成测量误差，而且误差会随着时间的积累而被放大；（3）电池在未工作时存在自放电现象，而该过程损耗的电荷量无法被估值。

3　开路电压法

开路电压指的是当电池处于不工作状态，流经电池的电流为0时所测得的电压值。而开路电压法是依据电池的SOC值与开路电压的映射关系，即一个开路电压值对应着唯一一个SOC值，则可通过测量电池的开路电压值来反应电池的SOC值。但该方法的缺陷在于忽略的周围环境的差异以及各电池单体自身条件和运行状况的差异，且开路电压法的运用是基于电池单体长时间断电静置后测量出来较为精确开路电压值，而后通过相应的查找SOC-OCV曲线的出电池现时刻的SOC值，不同类型的电池运用的SOC-OCV曲线是不同的，以磷酸铁锂电池为例，图1为磷酸铁锂电池的SOC-OCV曲线。

图1　

4　改进型SOC估值方法

基于前文对电荷累积法与开路电压法的分析可知，两种方法存在着优势互补的特点，电荷累积法对电池工作时SOC值的检测有着良好的跟随性，可实时检测电流的放出和充入量来对电池SOC值的增减进行准确的估计，但其对起始的SOC值的估计不准确，而开路电压法却能弥补电荷累积法的缺陷，以其暂停工作并静置一段时间后能准确的测量出开路电压值，从而进一步读出电池的SOC值，可对电池的SOC值进行修正，在电荷累积法的基础上利用开路电压法对电池的SOC值进行及时的修缮,得出更精确的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

薛行贵（1992—），男，福建福州人，武警工程大学信息工程系硕士研究生在读，主要研究方向：电池管理系统。

陈军峰（1984—），男，福建福州人，博士，现供职于武警工程大学信息工程系，主要研究方向：电池管理系统。

方莹（1991—），男，福建福州人，武警工程大学信息工程系硕士研究生在读，主要研究方向：电池管理系统。