動(dòng)力電池SOC估算

1、電動(dòng)汽車用電池SOC估算目錄SOC的定義SOC的影響因素SOC的估算方法SOC的定義電池的荷電狀態(tài)SOC被用來反映電池的剩余電量狀況，其定義為：電池剩余電量與電池容量的比值。如果以電池充滿狀態(tài)定義為 ，定義式可表示為式中， 為電池剩余的電量， 為電池以恒定電流I放電時(shí)所具有的容量，Q為已放出電量。ICCQSOC1SOCICQSOC-1CQIC注：對(duì)于電池充滿一般定義為：在一定溫度(如20度)下以一定電流(如0.3C)充電，達(dá)到單體最高電壓后轉(zhuǎn)為恒壓充電，直到充電電流小于一定值(如0.03C)；對(duì)于電池放空(SOC為0%)也有類似的定義 USABC定義：在一定的放電倍率下，剩余電量與相同條件下額

2、定容量的比值 本田的定義 能量角度定義：EWhWh01( )arestaresPtSOCP t dtPt 剩余可用能量總可用能量SOC 剩余電量額定容量容量衰減因子其中剩余容量額定容量凈放電量 自放電量溫度補(bǔ)償SOC的定義0NSOCQQSOC的定義 溫度的影響：溫度降低，容量降低，但升高容量，損失的容量可恢復(fù) 不同溫度下，仍將額定條件下的容量作為基準(zhǔn)2.52.62.72.82.933.13.23.33.43.5020406080100OCV-SOC曲線SOC的定義 電池成組使用的工況下，由于組內(nèi)包含有多個(gè)單體，在單體容量、單體荷電量、溫度不一致的情況下，將變得復(fù)雜 以最低單體不能放電作為0%，

3、最高單體不能再充電作為100%定義整組SOC。情形1情形2情形3SOC的影響因素放電電流溫度容量變化自放電一致性影響因素SOC的影響因素及特征參數(shù)SOC特征參數(shù)電壓電流溫度SOC的估算方法SOC估算方法估算策略估算策略優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)放電實(shí)驗(yàn)法準(zhǔn)確、可靠須中斷，時(shí)間長安時(shí)計(jì)量法計(jì)算簡單不夠準(zhǔn)確開路電壓法在數(shù)值上接近電池電動(dòng)勢需長時(shí)間靜置線性模型法模型簡單不夠準(zhǔn)確內(nèi)阻法與SOC關(guān)系密切測量困難卡爾曼濾波法適合非線性模型需準(zhǔn)確的模型算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法精度比較高需大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)SOC的估算策略放電實(shí)驗(yàn)法放電實(shí)驗(yàn)法估算電池荷電狀態(tài)（SOC）是比較準(zhǔn)確的預(yù)估方法，它采用恒流持續(xù)放電，放電電流與時(shí)間的乘積即為放

4、出的電量。放電實(shí)驗(yàn)法常常被使用來標(biāo)定電池的容量優(yōu)點(diǎn)準(zhǔn)確可靠適用于所有類型電池缺點(diǎn)缺點(diǎn) 不適用于工作中電池 只能得出一個(gè)點(diǎn)的值SOC的估算方法安時(shí)計(jì)量法安時(shí)計(jì)量法（ampere hour，簡稱 AH）是最常用的 SOC 估計(jì)方法，安時(shí)計(jì)量法的原理是將電池在不同電流下的放電電量累計(jì)起來作為電池的放電量。由此，得到以下等效放電電量公式：該方法只是關(guān)注該系統(tǒng)的外部特征，在電量估算過程中，只關(guān)心流進(jìn)和流出電池的電量。安時(shí)計(jì)量法采用積分法實(shí)時(shí)計(jì)算電池充入與放出的容量，通過長時(shí)間記錄與計(jì)算電池的電量，最終可得到電池在某一時(shí)刻所剩余電量。優(yōu)點(diǎn)簡單易行適用范圍廣00tftIIdtSOCSOCC缺點(diǎn)缺點(diǎn) 不能獲得

5、初值 累計(jì)誤差積累SOC的估算方法開路電壓法通過電池的開路電壓和電池 SOC 的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過檢測電池的開路電壓估計(jì)電池 SOC。優(yōu)點(diǎn)可以準(zhǔn)確預(yù)估電池的初始值開路電壓是電動(dòng)勢的外在反映，理論上只和溫度相關(guān)，且溫度對(duì)其影響較小2.52.62.72.82.933.13.23.33.43.5020406080100缺點(diǎn)缺點(diǎn)充放電過程中開路電壓不能直接測量；電池在充電或者放電后，需要很長一段時(shí)間才能穩(wěn)定, ,rT P RGnEF SOC的估算方法內(nèi)阻法荷電狀態(tài)(SOC)影響電池的交流阻抗，因此有學(xué)者提出可以用阻抗值來估計(jì)SOC。用不同頻率的交流電激勵(lì)電池，測量電池內(nèi)部交流電阻，并通過建立的計(jì)算模型得到

6、SOC估計(jì)值。優(yōu)點(diǎn)交流阻抗反映正負(fù)極活性物質(zhì)導(dǎo)電電阻的此消彼長的情況，從原理上有一定正確性缺點(diǎn)缺點(diǎn) 溫度、電流、SOH都可以影響內(nèi)阻 內(nèi)阻值很小在毫歐級(jí)，策略誤差大SOC的估算方法卡爾曼濾波法卡爾曼濾波法，是建立在安時(shí)積分法的基礎(chǔ)之上的。該方法應(yīng)用于電池 SOC估計(jì)，電池被視為一動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，荷電狀態(tài)為系統(tǒng)的一個(gè)內(nèi)部狀態(tài)?？柭鼮V波法的主要思想，是對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)做出最小方差意義上的最優(yōu)估計(jì)。該系統(tǒng)的輸入項(xiàng)有：電池電流、環(huán)境溫度、電池剩余容量、歐姆內(nèi)阻以及極化內(nèi)阻等變量，系統(tǒng)的輸出為：電池的工作電壓。由于電池等效模型確定的非線性方程，在計(jì)算過程中要線性化。預(yù)估電池荷電狀態(tài)方法的核心思想是包括荷電狀態(tài)估

7、計(jì)值和反映估計(jì)誤差的、協(xié)方差矩陣的遞歸方程，協(xié)方差矩陣用來給出估算誤差范圍。SOC的估算方法卡爾曼濾波法遞推公式如下優(yōu)點(diǎn)能解決累計(jì)誤差和初值誤差，精度高缺點(diǎn)缺點(diǎn) 對(duì)模型精度要求高 對(duì)處理器運(yùn)算速度要求高SOC的估算方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法具有非線性的基本特性，該系統(tǒng)對(duì)外部輸入，能得到對(duì)應(yīng)的輸出，所以可用來模擬電池動(dòng)態(tài)特性，被用來預(yù)估電池荷電狀態(tài)。預(yù)估電池荷電狀態(tài)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層主要有 3 層：輸入、輸出以及中間層；估計(jì)電池荷電狀態(tài)常常被用來輸入的變量如：電壓、電流、放出電量、環(huán)境溫度、電池內(nèi)阻等。優(yōu)點(diǎn)在建好網(wǎng)絡(luò)模型的前提下，依靠大量的樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)訓(xùn)練可以得到較好的精度缺點(diǎn)缺點(diǎn) 估算精度取決于合適的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量，恰當(dāng)?shù)淖兞繑?shù)量。 需要大量的參考數(shù)據(jù)來訓(xùn)練，受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法對(duì)估算誤差的影響較大。推薦方案采用改進(jìn)的電量估計(jì)方法，在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以卡爾曼濾波法為基礎(chǔ)，并考慮各種影響因素進(jìn)行補(bǔ)償，框圖如下：卡爾曼濾波電池模型OCV初值溫度補(bǔ)償放電倍率自放電SOC可用功率儀表顯示充放電管理故障處理推薦方案等效電路模型的選擇等效電路模型的選擇經(jīng)典模型Rint過于理想，不適用Thevenin易于工程實(shí)現(xiàn)PNGV電路與參數(shù)復(fù)雜模型詳解模型詳解Uoc描述電池的開路電壓，R0為電池內(nèi)阻，I為總電流，Ip為通過極化