SOC估算方法研究及其在新能源汽車電池管理系統(tǒng)中應(yīng)用分析

摘 要：隨著現(xiàn)代人們節(jié)能環(huán)保意識的提升，越來越多的家庭在購車過程中傾向于選擇純電動車，這推動了電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。電池管理系統(tǒng)是純電動汽車重要組成部分，該部分的工作性能對于純電動汽車的使用體驗(yàn)具有直接影響，因此越來越受到人們的關(guān)注。文章主要針對SOC估算方法及其在新能源汽車電池管理系統(tǒng)中的應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：SOC估算方法；新能源汽車；電池管理系統(tǒng)

新能源汽車通常是指純電動汽車，其主要依靠電力運(yùn)轉(zhuǎn)，動力系統(tǒng)的主要組成部分為動力蓄電池以及電動機(jī)。雖然電動汽車的發(fā)展一開始不受到人們的看好，但是隨著鋰離子電池、高效動力系統(tǒng)等新型技術(shù)的應(yīng)用以及節(jié)能環(huán)保型社會的建設(shè)，純電動汽車越來越受到人們的關(guān)注，且在歐美、日本等地區(qū)得到了推廣，我國也在公交行業(yè)中大力推廣純電動汽車。為了進(jìn)一步推動純電動汽車的發(fā)展，需要不斷提高其動力系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性。因此，需要不斷的創(chuàng)新純電動汽車的電池管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型社會的建設(shè)，貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀。

一、新能源汽車電池管理系統(tǒng)

新能源汽車與其他汽車的最大區(qū)別在于驅(qū)動力，混合動力汽車、純電動汽車以及燃料電池電動汽車被統(tǒng)稱為新能源汽車，其中純電動汽車完全采用電力驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)零排放的目標(biāo)，因此對電池的要求相對較高，因此本次研究主要針對純電動汽車的電池管理系統(tǒng)展開探討。

純電動汽車對于電池續(xù)航能力有著較高的要求，需要達(dá)到100～160wh/kg比能量。純電動汽車的電池需要具備放電率低、使用時間長、安全性能高等優(yōu)勢。目前各個國家在電池開發(fā)中主要是對鋰電池進(jìn)行開發(fā)[1]。此外，鉛酸電池、太陽能電池等都是目前市場中常用的綠色環(huán)保電池。電池具有非線性與時變特點(diǎn)，在汽車駕駛過程中，電池容量、最大放電功率、等效內(nèi)阻等參數(shù)會隨著電池使用時間、充放電狀態(tài)等因素而產(chǎn)生相應(yīng)的變化。因此需要一套配套的管理系統(tǒng)從而提供更加穩(wěn)定的驅(qū)動力。電池管理技術(shù)主要是對電池狀態(tài)進(jìn)行各種監(jiān)測，包括電流、電壓、內(nèi)阻、極化電壓、可用容量、老化程度、一致性以及電池溫度等參數(shù)。根據(jù)測量獲得的數(shù)據(jù)為電池系統(tǒng)提供優(yōu)化方法，從而確保電池的安全性與穩(wěn)定性，避免電池組超負(fù)荷工作，能夠提高駕駛的安全性與舒適性[2]。目前純電動汽車主要是采取剩余容量（SOC）估算的控制方式，對于監(jiān)測部分，主要是通過提高測量精度，確保數(shù)據(jù)控制能夠獲得滿意的效果。

二、SOC估算方法及其在新能源汽車電池管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

SOC估算是電池管理系統(tǒng)的重要功能之一，SOC主要是從電池能源獲得的能量信息或是反饋的數(shù)據(jù)。電池本身的部分特征與SOC有密切的相關(guān)性，例如電池內(nèi)阻值在滿電量時較小，當(dāng)電量殘余量接近0之后會迅速升高[3]。因此，準(zhǔn)確估算純電動汽車的SOC對于測量純電動汽車的動力表現(xiàn)具有重要影響。

電池狀態(tài)監(jiān)測通常是對電流、電壓以及溫度這三個指標(biāo)的監(jiān)測，這是一個電池管理系統(tǒng)最基礎(chǔ)的功能，也為其他功能提供基礎(chǔ)。電池狀態(tài)分析主要包括電池剩余電量（SOC）以及電池老化程度（SOH）這兩方面進(jìn)行評估[4]。傳統(tǒng)燃油汽車主要是通過觀察油表的變化來評價汽車的續(xù)航能力，而評價純電動汽車的續(xù)航能力則需要通過估算電池系統(tǒng)的剩余電量，而SOC通常使用百分比來反映，同時需要用等效時間或是等效路程來表示，從而讓駕駛者更加了解汽車的運(yùn)行能力。但是由于這些數(shù)據(jù)都是估算值，因此會存在一定的偏差。電池剩余電量的估算一直是純電動汽車研發(fā)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。準(zhǔn)確評價電池系統(tǒng)的SOC能夠確保駕駛的穩(wěn)定性與安全性，同時能夠更加有效地對動力電池進(jìn)行管理。

SOC作為電池動力的反饋參數(shù)，主要計(jì)算公式為SOC= ×100%，其中QR是指剩余電荷量，C則是電池的額定電荷量。剩余電量不是一個能夠直接觀測到的數(shù)值，需要通過電壓、電流等參數(shù)檢測值來間接的估算，目前常用的SOC估算方法主要為以下幾種：①開路電壓法：該方法主要是通過電池的電勢能來計(jì)算，根據(jù)SOC-EMF曲線來預(yù)測電池組的剩余電量，但該方法在鋰離子電池中的應(yīng)用效果一般，在鉛酸電池中具有較好的應(yīng)用效果，這主要是由于鉛酸電池的SOC-EMF曲線關(guān)系良好。②安時法：該方法是目前純電動汽車SOC估算法中最常用的方法之一，其主要是通過電流積分來估算剩余電量，具有操作簡單且穩(wěn)定性高的優(yōu)勢。該方法的公式為 ，其中 是指t2時間電池組的電量，i是指電流，t為時間，t為時間，當(dāng)電池處于放電狀態(tài)時，電流符號為正，在充電時為負(fù)。該方法能夠在短時間能估算電池工作時間的電流積分，從而獲得SOC值，但是該方法存在初始值難以確定且累計(jì)估算誤差大等問題，因此常與開路電壓法、內(nèi)阻法等方法聯(lián)合應(yīng)用，尤其是在于開路電壓法的聯(lián)合應(yīng)用中，能夠滿足在線檢測的需求同時能夠減小誤差。③荷載電壓法：該方法主要是基于開路電壓法提出的改進(jìn)方法，主要計(jì)算公式為 ，其中UL是指工作電壓、r是指電池內(nèi)阻，但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中存在一些缺陷，主要是由于電池的個體差異大，同時存在開路電壓法的缺陷，因此主要是用于觀察電池充點(diǎn)電截止的判斷依據(jù)。

結(jié)束語

目前SOC常用算法都存在各種優(yōu)缺點(diǎn)，因此需要采取綜合應(yīng)用的方式，從而彌補(bǔ)各個算法中的不足，同時要不斷的改進(jìn)，提高新能源汽車電池管理系統(tǒng)的性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈亮，王真真，孫延鵬等.基于多種模型的擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的SOC估算[J].電源技術(shù)，2018，42（4）：568-571.

[2]賀巍，張幽彤，汪云等.車用動力電池及電池管理系統(tǒng)建模與仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2014，31（2）：215-220.

[3]祖林祿，周躍慶，李玲慧等.基于FPGA和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)，2015，39（5）：921-924.

[4]潘瑩，朱武，張佳民等.基于STM32的鋰電池組SOC管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017，23（31）：26-27.

作者簡介：

陳俊虎（1994.03），性別：男，籍貫：四川冕寧，民族：漢，研究方向：車輛工程、汽車電控技術(shù)、汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).