一種電動(dòng)汽車(chē)SOC修正方法研究

韓友國(guó) 許伶莉 奚新文

摘 要：本文主要提出了一種電動(dòng)汽車(chē)與電池管理系統(tǒng)SOC修正方法。該方法利用安時(shí)積分和開(kāi)路電壓兩種方法，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)在不同狀態(tài)下的SOC的動(dòng)態(tài)修正和靜態(tài)修正，進(jìn)而保證車(chē)輛的運(yùn)行可靠性。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);動(dòng)力電池;SOC估算;修正

電池荷電狀態(tài)SOC（State of Charge）是被用來(lái)反應(yīng)電池剩余容量的重要參數(shù)[1-2]。SOC的準(zhǔn)確性與整車(chē)電池管理系統(tǒng)的控制策略以及續(xù)航里程等都息息相關(guān)，因此，精確地SOC估算非常重要。常用的SOC估算方法主要有安時(shí)積分法、電阻法、開(kāi)路電壓法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和卡爾曼濾波法等[3]。但是不論是安時(shí)積分法還是其他智能法，都存在各自的不足之處。

安時(shí)積分法，由于電流波動(dòng)大和充放電速率影響，長(zhǎng)期易造成累計(jì)誤差，且誤差越來(lái)越大。開(kāi)路電壓法根據(jù)電池的開(kāi)路電壓與SOC存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以對(duì)電池的SOC進(jìn)行估算，但是開(kāi)路電壓法需要穩(wěn)定的電壓，往往需靜置一小時(shí)以上，而實(shí)際整車(chē)在行駛時(shí)電流跳動(dòng)大，電壓卻是不能穩(wěn)定的。因此，將兩者結(jié)合，可以有效彌補(bǔ)各自不足，對(duì)SOC精度進(jìn)行修正。

本文在前人基礎(chǔ)之上，提出一種更精確的估算動(dòng)力電池SOC的修正方法。

首先SOC定義與安時(shí)積分法相結(jié)合估算電池動(dòng)態(tài)SOC值，然后用開(kāi)路電壓法，根據(jù)SOC與OCV的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)SOC進(jìn)行靜態(tài)修正，并根據(jù)整車(chē)使用情況，分類(lèi)考慮，提出不同工況下SOC的靜態(tài)修正方法，以提高整車(chē)SOC估算精度。

1 電動(dòng)汽車(chē)SOC估算原理

美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合會(huì)USABC（U.S. Advanced Battery Consortium）在其《電動(dòng)汽車(chē)電池實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》中有關(guān)SOC的定義為：電池在一定放電倍率下，剩余電量與相同條件下額定容量的比值[4]。

安時(shí)積分法可適用于所有電動(dòng)汽車(chē)電池，如果能夠精確地測(cè)量電流，有充足估計(jì)起始狀態(tài)數(shù)據(jù)，是一種簡(jiǎn)單、有效的SOC估算方法。對(duì)于不同結(jié)構(gòu)、不同材料的動(dòng)力電池，公式各有不同。但通過(guò)對(duì)容量的修正，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)在行駛過(guò)程SOC的動(dòng)態(tài)估算修正。

2.2 開(kāi)路電壓法修正

開(kāi)路電壓法對(duì)于放電初期和末期，以及靜態(tài)條件下，SOC的估算較為準(zhǔn)確。在使用開(kāi)路電壓法計(jì)算SOC時(shí)，目前大多數(shù)的做法是得到不同溫度不同SOC下開(kāi)路電壓矩陣圖，即SOC-OCV對(duì)應(yīng)表（下文簡(jiǎn)寫(xiě)為SOC2），再利用開(kāi)路電壓法對(duì)車(chē)輛進(jìn)行靜態(tài)修正。并將靜態(tài)修正分為以下三種情況：滿電修正、空電修正和上電修正。

滿電修正是指電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)快充或者慢充形式，將車(chē)輛充電到廠家規(guī)定的最高閾值時(shí)，進(jìn)行的修正。具體的，當(dāng)充電時(shí)，根據(jù)動(dòng)力電池的單體電壓、總壓、電流等條件，判定是否充滿電，如果充滿電，則直接修正到100%。如果某動(dòng)力電池當(dāng)動(dòng)力電池中某一節(jié)單體電壓達(dá)到4.2V時(shí)，此時(shí)判定為充滿電，但此時(shí)真實(shí)SOC為99.5%，則需要修正到100%。如果充電過(guò)程中，出現(xiàn)突然斷電情況，按照公式（3）估算公式，充多少便是多少，不進(jìn)行修正。

空電修正指車(chē)輛行駛到不能再行駛為止。具體的，當(dāng)行駛時(shí)，依據(jù)動(dòng)力電池的單體電壓、總壓、電流等條件，判定車(chē)輛是否空電，如果空電，則直接修正0%。

上電修正就是車(chē)輛處于下電狀態(tài)到處于可行駛狀態(tài)時(shí)進(jìn)行的修正。首先上電初始化后，比較存儲(chǔ)的公式（3）中的SOC1值與開(kāi)路電壓法SOC-OCV對(duì)應(yīng)表中的SOC2的差值△SOC，進(jìn)行修正。

①當(dāng)|△SOC|≥5%時(shí)，進(jìn)行修正，且SOC=;

②當(dāng)|△SOC |<5%時(shí)，進(jìn)行修正，此時(shí)SOC（t）=SOC1（t-1），即斷電前一秒修正值。

3 結(jié)論

目前許多SOC估算方法不能滿足電動(dòng)汽車(chē)實(shí)時(shí)、高精度計(jì)算的要求，主要是初始容量和估算方法的不精確造成的。開(kāi)路電壓法在充電初期和放電末期估算SOC準(zhǔn)確;在保證初始容量正確的前提下，安時(shí)積分算法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。本文利用兩個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)，將兩者相結(jié)合，并在動(dòng)態(tài)與靜態(tài)時(shí)分類(lèi)修正，更精確進(jìn)行SOC估算，更接近真實(shí)值，實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)各種工況下的SOC修正，給顧客更好的駕駛感受。

資金支持：2018年奇瑞新能源汽車(chē)暨智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新工程項(xiàng)目-奇瑞新能源汽車(chē)全鋁框架產(chǎn)線分布式在線檢測(cè)系統(tǒng)（皖發(fā)改產(chǎn)業(yè)函[2018]602號(hào)）

參考文獻(xiàn)：

[1]Cheng F，Liang J，Tao Z，et al. Functional materials for rechargeable batteries[J]. Advanced Materials，2011，23（15）：1695-1715.

[2]Lukic S M，Cao J，Bansal R C，et al. Energy Storage Systems for Automotive Applications[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics，2008，55（6）：2258-2267.

[3]華周發(fā)，李靜.電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池SOC估算方法綜述[J].電源技術(shù)，2013，37（9）：1686-1689.

[4]USABC electric vehicle Battery Test Procedures Manual. Revision 2[J]. Office of Scientific & Technical Information Technical Reports，1996.33-135.

[5]姚朝華，張偉，楊玉梅，等.電動(dòng)汽車(chē)SOC影響因素研究[J].科技視界，2018，1（2）：6-7.