電池管理系統(tǒng)SOC估算方法與應(yīng)用范文
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摘要:動(dòng)力電池SOC的準(zhǔn)確估算是BMS的核心功能之一，是提高電池利用效率和制定整車控制策略的基礎(chǔ)。本文對(duì)常用的SOC估算方法進(jìn)行介紹，比較其優(yōu)缺點(diǎn)，為實(shí)際的工程應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車;荷電狀態(tài);電池管理系統(tǒng)
電池管理系統(tǒng)(BMS)對(duì)電動(dòng)汽車的電池進(jìn)行維護(hù)和管理，在保障安全性的前提下，盡可能地挖掘電池的潛能，提供更優(yōu)的續(xù)駛里程和駕駛體驗(yàn)，是電動(dòng)汽車研發(fā)的重點(diǎn)之一。電池荷電狀態(tài)(soc)的估算是BMS的核心功能之一，它是電動(dòng)汽車電池充放電有效控制和動(dòng)力性能優(yōu)化管理的基礎(chǔ)，直接影響電池的利用率和汽車的性能表現(xiàn)。由于SOC不能直接測(cè)量，且受眾多因素的影響，所以對(duì)SOC估算方法的研究已成為電池管理系統(tǒng)的一項(xiàng)重要課題。SOC指電池中剩余電荷的可用狀態(tài)，一般用百分比表示。最常用的SOC定義為電池的剩余電量與其額定(標(biāo)稱)電量的百分比。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般以實(shí)際最大電量代替額定(標(biāo)稱)電量，以考慮電池衰減、環(huán)境溫度變化等因素的影響。在電動(dòng)汽車BMS行業(yè)，比較經(jīng)典的SOC估算方法包括安時(shí)積分法、開路電壓法以及Kalman濾波方法等，它們各有優(yōu)劣。其中，安時(shí)積分法和Kalman濾波方法可以估算電池動(dòng)態(tài)過(guò)程(電池充電或放電)的SOC，且估算過(guò)程中存在隨時(shí)間變化的誤差;開路電壓法可以估算電池充分靜置后，沒有充放電時(shí)的SOC，且SOC的估算誤差和靜置時(shí)間沒有關(guān)系，只與對(duì)應(yīng)的SOC和電壓測(cè)量誤差有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往是多種方法結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)在電池系統(tǒng)的整個(gè)生命周期階段都可以準(zhǔn)確估算SOC，如在簡(jiǎn)單工況時(shí)使用安時(shí)積分法;在復(fù)雜工況時(shí)采用結(jié)合在線參數(shù)辨識(shí)的Kalman濾波方法;在OCV隨SOC變化顯著的區(qū)域，如果電池達(dá)到充分靜置條件，再輔以開路電壓校準(zhǔn)。如此得到的SOC往往比單一方法估算的SOC更加準(zhǔn)確。
1安時(shí)積分法
安時(shí)積分法又稱電荷累積法，是目前最常用的一種SOC估算方法［1－4］。
2開路電壓法
電池充分靜置(既不充電也不放電，放置至少2h以上)后，開路電壓與SOC存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。開路電壓法的原理是:事先通過(guò)電池測(cè)試獲取SOC與OCV的對(duì)應(yīng)關(guān)系(如圖2所示);然后在實(shí)際使用電池時(shí)，如果電池達(dá)到了充分靜置的條件，通過(guò)測(cè)量此時(shí)電池的開路電壓，再反查OCV－SOC表獲取其SOC值［5］。
3Kalman濾波法
對(duì)BMS的SOC估算問(wèn)題來(lái)說(shuō)，應(yīng)用Kalman濾波算法，首先要建立等效電路模型［6－7］。等效電路模型的思路是用電容、電阻、電源等基本電路元器件的組合來(lái)模擬電池的動(dòng)態(tài)特征。常用的等效電路模型有Rint模型、Thevenin模型、PNGV模型、MassimoCera-olo模型等［8－13］。
4結(jié)束語(yǔ)
本文對(duì)目前電動(dòng)汽車BMS上常用的SOC估算方法進(jìn)行了綜述，介紹了各方法的大致實(shí)施過(guò)程，并比較了各方法的優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)際使用時(shí)，往往是多種方法結(jié)合，綜合其優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)在電池系統(tǒng)的整個(gè)生命周期階段，都可以得到準(zhǔn)確的SOC估算。
作者：張禮憲；周雨輝；魏濤；張景濤；陶西孟；楊繼群 單位：中通客車控股股份有限公司
