[革鑫纳米]关于电池组SOC计算方法的探讨

单体电池电压、 温度、电流信号
单体电池 Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱC 算法
单体电池 SOC
运 用
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数 理 方 法 分 析 整 组 电 池 的 SOC
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SOC 的 分
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4．误差分析
该计算方法的误差有两个，其一是计算单组电池的 SOC 的误差△1，其二是 28 组电池 SOC 组成的误差带△2，△2 可以定义为在 SOC 数值密集区内的 SOC 最高值减去 SOC 最低值。 （定义在密集区内的原因是： 当某组电池 SOC 偏离其他电池 SOC 很多的时候， 该电池可能是 问题电池。 ）即：△2=max(SOCi)-min(SOCi) 总误差△=△1+△2 因此提高电池 SOC 要从两个方面着手， 其一提高单体电池 SOC 计算的精确度， 其二是改 善电池组电池的均衡性。 由前文可知， 单体电池 SOC 计算的精确度主要取决于电池的充放电 效率、充放电量测量精度和电池的自放电、老化等自身因素。因此其方法主要是改善 SOC 得计算模型，找准确定电池及其 SOC 特性的阉值（如充、放电终点的电压、温度）以消除累 积误差，准确判断电池 SOC 的初始值，提高单片机测量系统的测量精度。电池组电池均为出 厂前选的均衡性很好的电池。 在工作中， 其均衡性的好坏与电池的环境温度和充放电电流有 很大关系。 参考文献
2．2 电池充放电终点的确定 电池的充放电终点一直是电池 SOC 研究的重点，根据镍氢电池的特性，单节电池的充 电终点的判断就是在充电终点电池的电压降为 10mV,温度升高 30℃，那么对于 10 节电池串 联起来的整组电池来说，应改为 100mV，温升应该也为 30℃左右。事实上，我们为了保护 电池，应该在发现电池电压下降<100mV，电池温度升高 20℃时候就可判断为充电终点。 同样，由电池的放电特性可知，在放电结束的时候，电压下降很迅速。只不过是在大电 流放电和小电流放电情况下，电池的压降不一样。根据电池在标称 1C 放电时的放电终点的 电压值和电池放电电流、电压下降率进行综合分析，已得到电池的充放电终点。其计算应为 一模糊判断。具体的计算公式为： Vcb I<I0,Vcb 为标称放电终点电压。 Vcut= Vcb-F((I-I0),T) I>I0,F 为电流、温度引起的电压变化值。 2．3 电池荷电状态的计算 电池的荷电状态 SOC 是指电池的充满时的标称电量与电池的残余电量的比值。它描述 了电池的电量的状态。由于电池的电容量在不同的充放电电流下并不唯一确定。因此，在本 文中，我们以电池标称的额定容量 Q 为标准，在放电过程中，将不同的放电状态下的剩余电 量 Qu 划分为可用剩余电量 Quk 和不可用剩余电量 Qub（如上文所讲） 。故在计算 SOC 的时候， 我们将按两种状态下进行计算。 1）在电池运行状态下 SOC 的计算为：
1. 电池组 SOC 的数学分布
由于电池充放电是一个复杂的化学反应过程， 有很多因素的影响， 造就了电池残余容量计算 的不准确。 而且， 由于电池组电池的不均衡性， 单体电池的 SOC 并不等于实际电池组的 SOC。 由此，我个人认为，计算电池的 SOC 应该分两部分。首先计算单体电池的 SOC，然后根据单
Qu = Quk + Qub ；
由 Peukert 方程可以得出：
Q
uk
i = Qu a I
β
（此处不再给出具体的推导过程）
β：由 Peukert 方程确定的常量； I ：电池的额定放电电流； ia ：当时放电电流。 Quk 与 Qub 在不同的放电电流下是可以相互转化的。 在电池工作过程中要保证 Qub 始终大 于 0 以保护电池不过度放电。 在充电过程中， 充入的电量 Qc 1 =
∫ Idt 应该加上电池的残余电量 Q （包括不可用电量）
0 u
t
才是充电后的总电量。 由于电池内阻抗的存在，充入的电量并不等于电池可以放出的电量 Qf1，它们之间存在 一个充放电效率关系。在此处给出其定义公式：
η=
Qf1 Qc1 + Qu
=
Qf1
∫ Idt + Q
0
t
u
电池的可用容量不仅与温度有关， 还受负载电流及放电时间的影响。 而且在多次充放电 的时候，它还与循环次数和电池老化程度有关。因此，电池的可用容量 Quk 是温度 T，电流 it，充放电时间 t，和循环次数 n，电池老化程度(A)的函数。
Zhao Huiyong Dept. of Automotive Engineering, Hubei Automotive Industries Institute, Shiyan 4420002, China;) Abstract: Based on the studying pre-researchers researches, the paper gives some idea on the calculation of the group battery ‘s SOC. Key words: unit battery SOC group battery SOC charge-discharge endpoint 电池 SOC 的计算一直是电池管理系统研究的重点，纵观国内外，许多电池 SOC 的计算 一直是电池管理系统研究的重点，纵观国内外，许多研究者都对电池 SOC 的计算提出了自 己的方法和算法。但是 SOC 的测量一直不尽人意。本文作者在研读国内外文献的基础上， 提出了自己的一点想法，与大家探讨。
关于电池组 SOC 计算方法的探讨
赵慧勇
(1．湖北汽车工业学院 汽车工程系，湖北 十堰 442002) 摘要：在学习前人研究的基础上，本文提出了电池组的 SOC 计算方法的一些想法。 关键词：单组电池 SOC，电池组 SOC,充放电终点 中文分类号：U463.33 文献标识码：A 文章编号：
Discussion on the Battery Group SOC Calculating Formula
单体电池 SOC 算法
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布
图 1 电池组 SOC 计算流程
体电池 SOC 概率分布，找出其数学期望，即为所求的 SOC。同时，可以找出 SOC 测量的计算 误差和测量误差。由此，我们可以得到电池组 SOC 计算的整体流程，如图 1。
2. 单组 SOC 的计算方法
将电池组划分为几个较小的模块的好处是首先可以较为准确的测量电池的电压温度等 参数， 这样在客观上已经提高了电池组 SOC 计算的原始数据的精度， 正如笔记本电脑的电池 组的 SOC 的计算那样。在计算单体电池 SOC 中，重点是准确找出电池的充放电终点。这是进 行电池 SOC 矫正的依据。由此，我们可以将单体电池的 SOC 计算分为两个方面三部分。两方 面指在充电和放电方面，三部分之可用剩余电量、充电终点和放电终点三部分。 2.1. 电池可用剩余电量的确定 大功率镍氢电池的特性可知， 镍氢电池的充电电压和放电电压不一样， 充入的电量不等 于放出的电量，在不同的电池温度和不同使用时间的电池的容量都不一样。 ，因此，我们在 计算过程中，应该将电池的电量 Qu 划分为可用剩余电量 Quk 和不可用剩余电量 Qub。则有：
SOC
=
Q
uk Q
2）在电池非工作状态下 SOC 的计算公式应该为：
SOC =
Qu Q
则由此可知，SOC 的最大值在电池的持用过程中并不是一直为最大值 1，根据电池的使 用状态和电池的特性，它应该在开始时稍微大于 1，后来小于 1。 在进行 SOC 的计算时，我们可以按照一下方法计算 SOC。首先将 SOC 值从 100%到 0%划分为 10 个等级。等级之间通过模糊判断进行确定。在每个等级之内就按照具体的算法进行初始 估算。然后，通过等级终止电压或者温度或者电池内压情况判定是否进入下一个等级，再重 新设置 SOC 的数值作为新的一级的初始值。 在实际应用中，对于我们来说，电池组单元是一个半未知的灰匣子。我们所知道的也 只有电池的额定容量（Q） ，额定电流（I） （小时率）及其下的放电时间。同时我们可以测出 环境的温度（T0） 。但是我们不知道电池的循环次数（n）和电池的老化程度（A）以及各个 影响电池容量的具体的影响系数。 因此，具体的步骤为：
1. 首先确定电池组的额定容量 Q，额定电流 I，环境温度 T。 2. 根据开路电压法或者别的方法对电池的荷电状态进行初始估计。求出电池的容量 SOC0 和 Qu0 值。在此过程中，将现场电池的温度和已有 U—SOC 曲线得出时候的温度相等。以 保证测出的 SOC0 和电量 Qu0 相对比较精确。 3. 然后我们以 Qu0 为初始值，在电池使用过程中对其荷电状态进行动态测量。对电池运行 时的温度（T） 、电流（i） 、电压（v）进行采样。求出在温度 T（利用温度影响系数 Kw） 、 电流 i 下的残余电量 Qu、剩余可用电量 Quk、剩余不可用电量 Qub。 4. 通过计算公式求出运行状态下的 SOC 值。同时将电压，电流，温度等数据与电池电量和 SOC 值相对应进行储存。并通过所得的这下关系对电池的循环次数和老化程度进行模糊 判断，得出老化程度和循环次数的不太精确的估计值。 5. 在电池处于非运行状态时，通过温度调节系统将系统温度降到很低（0°C）的条件下， 以对大程度的减小电池的自放电。同时，根据自放电影响系数 Kz 对电池在非运行电量保 持状态下的电量和 SOC 进行修正。 6. 当电池充电的时候，在额定小时率的条件下，对电池进行充电，并计算出充电量值 Qc。 将 Qc 与 Qub 相加得出充电后得电池总电量 Q′， 并根据电池的充放电效率η计算出电池的 放电的电量值作为 SOC 动态计算的初始电量 Qu0。 （进行修正） 7. 电池的循环次数加 1，在电池工作时转 3，电池非工作时转 5。