動力電池SOC動態(tài)修正方法淺析

焦紅星，熊紅紅，張延星

（1.鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450100；2.鄭州升達經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院，河南 鄭州 451191；3.宇通客車新能源技術(shù)部，河南 鄭州 410137）

動力電池荷電狀態(tài)（Stage of Charge，簡稱SOC）是計算電動汽車剩余續(xù)航以及預(yù)計充滿時間的重要參數(shù)，是評價整車加速性能的重要指標，SOC的準確估算能有效提高動力電池組的利用效率，保證電池組壽命，是保證電池管理安全可靠的關(guān)鍵因素之一。同時，由于動力電池SOC的非線性，并且受到多種因素的影響，導(dǎo)致電池電量估計和預(yù)測方法復(fù)雜，準確估計SOC比較困難。SOC估算精度影響因素有充放電電流大小、溫度、電池容量衰減、自放電、一致性等。

1 傳統(tǒng)SOC修正方法

常用的SOC估算方法有開路電壓法（0pen Circuit Voltage，OCV）、安時積分法、電池內(nèi)阻法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、擴展卡爾曼濾波法等。開路電壓法簡單易行，但由于不同充放電倍率時電池組電壓不一致，在電流波動較大場合，這種方法失去意義，并且需要電池靜置至穩(wěn)定狀態(tài)，不適合新能源汽車運行過程中的SOC估計。安時積分法計算方式簡單，是應(yīng)用最廣泛的SOC估算方法，但多次循環(huán)后會出現(xiàn)誤差積累。直流內(nèi)阻的大小受計算時間段的影響，放電后期準確測量電池單體內(nèi)阻比較困難。網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法及卡爾曼濾波法需要大量參考數(shù)據(jù)，估計誤差受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法影響較大。

傳統(tǒng)的做法是使用OCV表校準，車輛靜置后單體溫度變化導(dǎo)致查表SOC偏差較大，存在SOC值跳變的可能，間接影響剩余里程的計算，也影響用戶體驗。而處理SOC跳變的一般用法是固定斜率跟隨校準，這種方法會引起因OCV校準后的一段充放電曲線過陡或過緩。本文在安時積分法及開路電壓法基礎(chǔ)上，根據(jù)充放電狀態(tài)判斷目標SOC所屬區(qū)間，依據(jù)充放電區(qū)間表的目標SOC值計算跟隨斜率，并根據(jù)計算得到的斜率實時控制動態(tài)曲線的斜率，進而校準SOC。

2 SOC動態(tài)修正方法

2.1 動態(tài)修正方法簡介

SOC分為真實SOC、儀表顯示SOC、內(nèi)網(wǎng)SOC、重合SOC。內(nèi)網(wǎng)SOC是帶有一位小數(shù)，范圍在0～100%的數(shù)值，即充放電過程中采用可變?nèi)萘康陌矔r積分法所估算的SOC。儀表顯示SOC不帶小數(shù)，范圍在0～100%的數(shù)值，即顧客可在儀表上直觀看到的剩余荷電狀態(tài)。儀表顯示SOC=內(nèi)網(wǎng)SOC+0.9%后取整。SOC修正的難點在于查找相對準確的真實SOC及儀表顯示SOC與真實SOC重合點。

整車上電后，BMS判斷電池處于充電狀態(tài)或放電狀態(tài)，若為充電狀態(tài)時，則真實SOC為最大單體所對應(yīng)的SOC；若為放電狀態(tài)時，則真實SOC為最小單體所對應(yīng)的SOC。單體所對應(yīng)的SOC采用表1電池包OCV開路電壓表，查表可得不同溫度、不同單體電壓所對應(yīng)的真實SOC。依據(jù)充放電區(qū)間表查找重合SOC，計算SOC修正斜率。

表1 電池包OCV開路電壓表

放電公式：跟隨斜率＝（重合SOC-真實SOC）/（重合SOC-顯示SOC）

充電公式：跟隨斜率＝（重合SOC-顯示SOC）/（重合SOC-真實SOC）

依據(jù)以上公式計算跟隨斜率，安時積分時結(jié)合跟隨斜率加以修正。

1）放電區(qū)間表分為5個區(qū)間：①SOC＞70%，則重合點是40%；②50%

真實SOC比內(nèi)網(wǎng)SOC高，放電時定義為減速修正；真實SOC比內(nèi)網(wǎng)SOC低，放電時定義為加速修正。

2）充電區(qū)間表分為5個區(qū)間：①SOC＜50%，重合點是75%；②50%≤SOC<65%，重合點是80%；③65%≤SOC<75%，重合點是88%；④75%≤SOC<85%，重合點是95%；⑤85%≤SOC，重合點是100%。這里的SOC是儀表顯示SOC與真實SOC相比的較大值。

真實SOC比內(nèi)網(wǎng)SOC高，充電時定義為加速修正；真實SOC比內(nèi)網(wǎng)SOC低，充電時定義為減速修正。

2.2 SOC動態(tài)修正實例

2.2.1 充電SOC修正

1）先將電池包放電至SOC＝0%。

2）25±2℃，以1C電流恒流充60%額定容量。

3）通過上位機修改儀表顯示SOC=67%。

4）整車下電靜置超過1h。

5）上電，BMS根據(jù)最高單體電壓及電池平均溫度，查電池包OCV開路電壓表得出真實SOC=60%。

6）查看內(nèi)網(wǎng)SOC與真實SOC的差距，參考充放電區(qū)間表，SOC落在65%≤SOC<75%，重合點是88%，在88%左右追趕上。

7）計算跟隨斜率=（88-60）/（88-67），儀表SOC比真實SOC大，充電過程屬于減速修正，修正斜率為0.75。即充電過程中，真實SOC變化1%，儀表SOC變化0.75%。

2.2.2 放電SOC修正

1）先將電池充滿電，SOC＝100%。

2）25±2℃，以1C電流恒流放20%額定容量。

3）通過上位機修改儀表顯示SOC=73%。

4）整車下電靜置超過1h。

5）上電，BMS根據(jù)最高單體電壓及電池平均溫度，查電池包OCV開路電壓表得出真實SOC=80%。

6）查看內(nèi)網(wǎng)SOC與真實SOC的差距，參數(shù)放電區(qū)間表，SOC＞70%，將在40%左右追趕上。

7）計算跟隨斜率=（40-73）/（40-80），儀表SOC比真實SOC小，放電過程屬于減速修正，修正斜率為0.825。即放電過程中，真實SOC變化1%，內(nèi)網(wǎng)SOC變化0.825%。

動態(tài)修正流程如圖1所示。

圖1 動態(tài)修正流程圖

3 S O C動態(tài)修正問題及解決方法

動態(tài)修正，依據(jù)儀表顯示與真實的差距，參考充放電區(qū)間表，確定修正，計算修正速率，修正時間較長。整車上電行駛，未修正結(jié)束車輛已下電，造成累積誤差。針對此問題，設(shè)置了4種修正策略，Ah修正、瞬態(tài)修正、亞穩(wěn)態(tài)修正、穩(wěn)態(tài)修正。

3.1 安時（Ah）修正

動力電池高壓斷電，BMS休眠后靜置＜1h，不滿足OCV開路電壓法，無法獲取真實。下次開機時，根據(jù)電池平均溫度對應(yīng)的Ah系數(shù)（表2）進行可用容量修正，確定真實，當沒有進行瞬態(tài)修正或亞穩(wěn)態(tài)修正時，真實=。當進行瞬態(tài)修正或亞穩(wěn)態(tài)修正時根據(jù)具體情況確定真實值。

表2 不同溫度Ah系數(shù)表

真實確定方法如下：設(shè)定電池包額定容量為100Ah，放電后電池包剩余容量為70Ah，電池平均溫度為10℃，則安時修正后的剩余容量為70Ah×0.9=63Ah。

3.2 瞬態(tài)修正

在每次充電后（充電上升10%），2min≤靜置時間＜20minh，靜置條件為分流器電流≤1.5A（電流＞1.5A持續(xù)500ms認為達到非零電流條件），根據(jù)開路電壓校正表確定真實與Ah修正確定的真實相比，當-＞10%時，真實=+10%；當-＞10%時，真實=-10%；當∣-∣≤10%時，真實=。

3.3 亞穩(wěn)態(tài)修正

在每次充電后（充電上升10%），20min≤靜置時間＜1h，靜置條件為分流器電流≤1.5A，電流＞1.5A持續(xù)500ms認為達到非零電流條件，根據(jù)開路電壓校正表確定真實SOC。

3.4 穩(wěn)態(tài)修正

電池下電后靜置時間≥1h，靜置條件為分流器電流≤1.5A，電流＞1.5A持續(xù)500ms認為達到非零電流條件，下次開機時，根據(jù)開路電壓校正表確定真實。

通過《開路電壓校正表》查表時，根據(jù)電池的最高單體電壓V和最低單體電壓V得到兩個，分別為真實和真實。

4 結(jié)論

動態(tài)修正已應(yīng)用到量產(chǎn)車型中，經(jīng)過理論實驗和實際測試，有效解決了跳變、修正過緩或過陡等問題。