动力电池SOC算法及其信息建模

文/吕洲

1　动力电池工作原理

铅酸电池试点汽车电力系统中应用的主流电力技术，通过蓄电池中产生的酸硫酸盐化理论，铅酸电池中的负极被还原，正极被氧化。蓄电池在阀控技术约束下，会产生内部的氧气气体循环，在电池的充电过程及充电后期，出现析氧反应，所析出的氧气吸附在AGM隔板上。隔板上的电解液，再将气体通过隔板缝隙转移到蓄电池的负极，气体由正极到负极所经过的反应，最终会将氧气还原成水。动力电池被广泛应用于，电动汽车以及其他大耗电量设备中，具有充电速度快蓄电能力强性价比高的特点，就目前的市场技术而言。在法工技术控制下动力电池会发生电极反应，电极反应过程中气体与水之间会出现还原转化，析氧再循环会导致部分氧气被消耗掉，从而产生热能。这也是造成动力电池使用过程中电池主体发热的主要原因。电动汽车动力电池普遍存在，续航里程短的问题，电池使用中也频繁产生安全隐患，如何提升电池的电力系统稳定性，是未来技术主要研究方向。下面文章将通过对动力电池的SOC算法研究，结合信息建模来分析提升动力电池使用稳定性的有效途径。

2　动力电池SOC算法

2.1　影响动力电池SOC的因素

动力电池充电以及使用环境中的温度是影响SOC的主要问题，动力电池两极之间在发生化学反应时，如果是处于低温环境，会影响到动力电池内的活性物质利用率，从而电池释放电能的持续时间也将因此缩减。充电过程中，一旦温度高于三十摄氏度时，则会加快动力电池内的氧气析出反应，虽然电池充电效率会有提升可在短时间内达到额定的电量不充值，但却会由于夕阳反应而导致充电不均匀的情况，从而造成电池使用时间减少。电压也是影响动力电池SOC稳定性的主要原因，充电以及放电工都会有规定的最低电压与最高电压。当电压低于最低标准时，电池继续放电，导致内部电压骤降。电池极板上所发生的化学反应会产生新的物质，逐渐积累在电池极板上，对电池所造成的影响是不可逆转的。

2.2　SOC估算方法

2.2.1电量累计法

动力电池续航系统会通过电池使用中充电以及放电时间来估算SOC，这种方法是最常用的计算模式，不仅操作简单适用范围也十分广泛，是目前市场上电动汽车主要应用的算法。电量累计情况受电池使用环境影响，因此在展开运算中，需要将环境温度变化引入其中，根据电量累积来对电池的SOC补偿运算时，需要选择动力电池一段时间内的使用情况，综合数据平均值，这样对比得出的SOC结果才更准确。

2.2.2电压测量法

电流与电压属于相对的参数在动力电池进行剩余电量计算时，输入电流以及，动力电池的供电电压都会影响未来一段时间电池持续放电能力，从而影响到SOC。充电时产生电压，需要电池通过极板中的化学反应来实现，处于低压充电状态时，电池极板中发生的氧气还原反应，会与负极的氢气反应，从而化合成水流转到电解溶液中。在电压过高的充电状态中，会产生大量水像氧气的还原转化，导致电池内存在大量氧气而出现膨胀，并导致电池主体中的热积累问题出现，最终影响到电池使用寿命。用电压测量法来估算动力电池SOC，以上电池中气体及水的氧化还原量均需要捕捉数据，再根据所得到的数据来进行电池导航系统测控。根据电池中电解液的浓度，来判断动力电池氧化还原反应发生情况，从而得到电池的蓄电程度，计得出算出动力电池的SOC。电压测量法是根据电池的开路电压与电池的放电深度之间的对应关系，通过测量电池的开路电压来估算SOC。实际应用中开路电压法要想达到准确估算SOC，必须满足电池长时间静置。而在实际运用中电流是剧烈波动的，所以单独采用负载电压法效果并不理想。建立动态的负载电压和SOC模型可以解决电流波动问题，这就需要储存大量的电压数据，且测量和计算模型的建立都很困难。

2.2.3内阻法

那种法在运算中比较复杂，需要判断动力电池内阻与SOC之间的关系，再根据所得到的SOC内阻测量值来计算出动力电池的动力情况。具体运算公式如下：U（t）=E-I（R0+Rr）

其中：

E表示动力电池电动势，也是动力电池处于开路状态下的电压。

R0表示动力电池欧姆内阻。

Rr表示动力电池极化内阻。内阻在动力电池使用中，于其内部电容共同构成了闭合回路，为动力电池的电流传输营造条件。动力电池检测算法公式如下：

R0+Rr=ΔU/ΔI

其中，ΔU表示动力电池的电压变化情况，ΔI则表示动力电池的电流变化情况，通过对动力电池各项内阻运算判断，再掌握内阻数值变化的影响因素，最终所得到的SOC结果也更加准确。内阻法应用后最终的判断结果准确度高，已经成为未来技术发展中的主流控制方向。

3　动力电池SOC信息建模

对动力电池进行SOC运算信息建模，需要掌握建模的专用信息，采用模糊神经元方法来进行，获取动力电池使用中的参数信息，并对信息进行电信号与数据信号之间的转换，利用计算机程序软件来构建出模型基本框架。掌握使用中的信息动力，并观察是否存在信息动力系统信号参数波动较大的问题，信息建模同样可以应用在电池的内部信息控制系统中，并通过系统来进一步完善未来长期发展效率。信息建立基本框架构成后，需要进行内部数据信息的补充，完善后确保模型能够与动力电池真实情况相互对应，从而达到最佳控制使用效果。

4　结语

综上所述，众多SOC估算方法中，单一的方法均各有利弊，实际中经常是组合几种方法使用，安时法结合开路电压法是目前应用较为成熟的方法；神经网络法、模糊控制法和卡尔曼滤波法有很大的前景；结合目前形势与实际要求，内阻法有很大的发展潜力，但仍需不断研究实践。