浅谈车用动力电池SOC常见计算流程
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2019.12.27
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一、概述

对于新能源汽车,无论是纯电动还是混合动力,动力电池承当了主要的动力源作用,如何对动力电池的状态,比如:电池内阻Ri,电池电荷状态SOC,电池健康状态SOH,电池可用充放电功率SOP等等,进行尽可能精确的估计也成了动力电池管理系统BMS的重点技术,而其中的电池电荷状态SOC可以说是重点中的难点。

对于SOC的,一般来说,常用的算法有:开路电压,安时积分,卡尔曼滤波,神经元算法等等,这些方法也仅仅是SOC计算的某一方面或某几方面,本文就电池包SOC的计算流程做一个简要的介绍。

二、电池单体SOC

一般来说我们提及的SOC是指电池包的SOC,而电池包SOC的计算是以电池单体为基础的,其实电池单体SOC才是反映电池的实际状态。我们都知道,电池包由很多模组串并联而得到,而模组又由很多电池单体串并联得到,至于怎样的串并数,由具体电池包动力设计参数以及电池单体参数而定。

对于电池单体SOC,因为电池单体串并的物理特性,并联的电池单体是看成一个单体,而电池单体串联数做为不同的电芯个数,比如对于6并80串的电池包,其电芯数为80,我们需要计算80组电芯的SOC。

电池单体SOC计算分为如下过程:

单体SOC初始值

综合考虑动力电池静置时间,上一次下电前的SOC,电芯开路电压对应的SOC,BMS记录的整车行驶里程与仪表等记录里程是否一致等等,综合计算单体SOC初始值。比如:

1) 长时间停车,因电池静置时间长,由于电池自放电等原因导致电芯开路电压对应的SOC比上一次下电前BMS 记录的SOC更接近于真实值,应较多的考虑电芯开路电压对应的SOC;

2) 短时间停车,因电池静置时间短,因电芯存在过热,过放电因素,电芯电压未恢复到正常值,尤其是下电前为电池过放状态更为明显。上一次下电前BMS 记录的SOC比电芯开路电压对应的SOC比更接近于真实值,应较多的考虑上一次下电前BMS 记录的SOC;

3) 停车时间不长也不短,这样要综合考虑以及静置时间对应的上一次下电前BMS 记录的SOC,开路电压对应的SOC,两者的加权比例,当然具体的比例值一般需要用电池包进行专门的测试标定得到。

一般来说单体SOC初始值,只是在BMS上电后计算一次,当然有的BMS系统为了方便别的测试验证用途,会设定相关表定量,根据实际需要进行电芯SOC初始值的计算。

单体SOC动态值

有了单体SOC初始值作为单体SOC原始值,在电池充放电工况,需要实时计算SOC动态值,该动态值就是在上电初始值的基础上做增加和衰减,而增加和衰减的主要影响因素为电池充放电电流,电芯温度等等因素。

常见的单体SOC动态值计算方法有安时积分法,卡尔曼滤波算法等等,比如:扩展卡尔曼滤波器方法计算电池单体SOC。以电池单体长效电压、电池单体短效电压和电池单体SOC为状态变量,以传感器测量的单体电压为输出变量。

单体SOC自学习修正

该过程常见于电池充电结束工况,一般来说电池满足某些条件会触发充电结束,比如充电电流过大导致某个或某几个电芯电压偏大而提前结束充电,结束充电后BMS会将SOC修正到100%,一般该SOC并不是实际值,而是作为显示值,起到提示作用,为能得到电芯的尽可能真实的SOC,会在充电结束后保留一段系统后运行时间,其作用是让低压冷却系统继续运行,让系统散热。

另外会让充电后电芯静置一段时间,时间设置根据不同的系统策略会不一样,静置时间到了会再做一次单体SOC的开路电压修正,存储到BMS内部。

三、电池包SOC

通过电芯SOC计算得到很多电芯的SOC,比如前面提及的6并80串电池包,会有80组SOC,如何运用这80组SOC,来得到电池包SOC呢,通常的流程如下:

1) 根据全部电芯SOC,统计出最小SOC,最大SOC,平均SOC

2) 充电工况,选取最大SOC

3) 行车工况,若平均SOC高于某设定值1,选取最大SOC;若SOC低于某设定值2,选取最低SOC;否则选取平均SOC

其中:设定值1和设定值2为可标定量,不同系统根据实际情况设定不一样。

小结

以上简要的介绍了电动汽车动力电池SOC的常见计算流程,限于篇幅原因,只是对考虑因素以及常用的计算方法,对于具体各方法并没有做深入展开,会再在后续篇幅中专门做介绍,敬请期待。

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18511878107
很专业!
2019.12.29
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2020.10.02
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