怎樣估計鋰電池剩余電量SOC

傳統燃油車(chē)上有油表，還有多少油，還能跑多遠，看一眼心里就有數了。換做是電動(dòng)汽車(chē)，駕駛員則需要了解電池包還剩下多少電量。荷電狀態(tài)又叫剩余電量，SOC，State of Charge，是反應電池包內當前電量占總體可用容量百分比的一個(gè)參數。駕駛員根據滿(mǎn)電狀態(tài)總的里程數，可以推斷出當前電量的續航能力，也有車(chē)型直接顯示續航距離。

　　電量估計不準確的電動(dòng)汽車(chē)，往往給車(chē)主帶來(lái)一些困擾。

　　電量跳變，即將停車(chē)的時(shí)候，掃了一眼電量，還剩下50%，估計回程勉強夠用了。過(guò)一會(huì )回來(lái)發(fā)動(dòng)車(chē)子，發(fā)現電量指示在了40%，貌似回不去了……

　　突然掉電，電量還有30%的時(shí)候，一腳加速，驟然報警電量過(guò)低，停車(chē)了……

　　SOC的準確性，一直是電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)詬病的重點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò )論壇上時(shí)常能看到，電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主說(shuō)又被放到半路的抱怨帖。發(fā)展多年的電動(dòng)汽車(chē)，SOC的準確估計仍然沒(méi)有做的特別好。

　　1 SOC估計干什么用

　　告知駕駛員剩余里程，是SOC對駕駛員的價(jià)值，同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)和電池包的管理控制過(guò)程，也需要SOC的準確數據。

　　防止過(guò)充過(guò)放

　　SOC作為充放電的重要閾值，對電池包起到調節和保護作用。充電過(guò)程中，如果電池包電量過(guò)低，比如低于10%，則充電電流不能馬力全開(kāi)，而是限流充電，直至達到正常電量范圍，方可放開(kāi)限制。放電階段，當電量已經(jīng)比較低，但仍然在放電截止電量以上，比如低至20%SOC，一般會(huì )限制功率輸出，防止大電流造成系統觸及停車(chē)電壓，并且期望以最節能的方式運行，跑更遠的距離。

　　作為低電量限流閾值

　　為什么電池包電量較低的時(shí)候，需要設置限流策略？電量較低時(shí)，電池端電壓較低，如果突然發(fā)生大電流放電，電池極化內阻會(huì )迅速增大，使得內阻占壓上升，電池電勢減去內阻占壓后的電池端電壓則會(huì )相應降低。如果電流足夠大，則端電壓可能被拉低到停止供電電壓以下。如果低電壓持續時(shí)間超過(guò)延時(shí)時(shí)間，電池管理系統判斷電池電壓過(guò)低，無(wú)法繼續工作，需要斷電。于是主動(dòng)斷掉電池包主回路接觸器。突然的掉電于是發(fā)生了。當然，有的車(chē)型電源主回路接觸器的控制權限在整車(chē)控制器上。

　　電動(dòng)汽車(chē)上有多種用電器，空調，音響，轉向助力，剎車(chē)助力等等。當SOC降低到一定程度，用電器的權限需要作出排序，比如剎車(chē)助力無(wú)論什么電量都必須供電，空調音響，電量少于一定值時(shí)必須停止供電等等。

　　2 算法

　　已經(jīng)為大家熟知的算法有開(kāi)路電壓法，安時(shí)積分法和內阻法。新近被研究較多的方法包括卡爾曼濾波法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法等。新的方法正在不斷涌現，只是多數都在研究討論階段，實(shí)際應用中的算法仍然以舊方法為主。

　　開(kāi)路電壓法

　　鋰電池的開(kāi)路電壓與電池的荷電量有明確單調的對應關(guān)系，只要獲得準確的開(kāi)路電壓就可以推算出電池電量。幾款電芯的開(kāi)路電壓與SOC對應曲線(xiàn)如下圖所示。

　　先離線(xiàn)測量得到不同溫度不同SOC下的開(kāi)路電壓值，形成表格。電池系統裝車(chē)以后，每當出現停止供電狀態(tài)，就可以調用表格數據，根據測量得到的開(kāi)路電壓判斷電池荷電狀態(tài)。

　　開(kāi)路電壓法，對電池電量的判斷準確，但條件限制比較多。必須在回路斷開(kāi)的情況下，電池靜置一段時(shí)間以后。這個(gè)要求使得在線(xiàn)測量不可能實(shí)現。

　　有人針對上述問(wèn)題展開(kāi)研究，發(fā)現回路停止供電一定時(shí)間后的電池端電壓與開(kāi)路電壓保持一個(gè)穩定的關(guān)系。采用這種方法，可以避免長(cháng)時(shí)間靜置的過(guò)程，使得開(kāi)路電壓法的應用范圍得到了拓展。

　　安時(shí)積分法

　　實(shí)時(shí)測量電池包主回路電流，并將其對時(shí)間積分，充電為負放電為正。放電過(guò)程，用初始電量減去積分結果，得到當前電量；充電過(guò)程，用初始電量加上積分結果，得到當前電量。

　　安時(shí)積分法的一個(gè)問(wèn)題是，初始電量的判斷，無(wú)法直接得到。另外，由于系統電流的波動(dòng)性很大，而電流采樣是間隔一定時(shí)間進(jìn)行一次，使得采樣值與一段時(shí)間的平均值并不一定近似，長(cháng)時(shí)間累積下來(lái)，造成比較明顯的誤差，并且誤差不是安時(shí)積分法自己能夠消除的。因此，安時(shí)積分的實(shí)際應用必須與其他方法相結合，解決初值和累積誤差的問(wèn)題。

　　內阻法

　　電芯的SOC與內阻之間存在對應關(guān)系，如下圖所示。實(shí)時(shí)測量?jì)茸?，進(jìn)而得到電池的SOC，理論上是可行的。

　　但從上面圖中可以發(fā)現，內阻跟隨SOC變化的趨勢非常平緩，很小的內阻變化或者測量誤差，就可以造成SOC值較大的誤差。并且，內阻測量過(guò)程也存在著(zhù)各種出現誤差的可能。測量接觸電阻過(guò)大；電池電流較大，出現較大的極化內阻的干擾；電池溫升不一致，使得溫度監測點(diǎn)的溫度和電池本體溫度不一致，造成溫度補償出現偏差等等。內阻法估計SOC，實(shí)際應用案例比較少。

　　標簽：關(guān)于鋰電池電量檢測