动力电池SOC动态修正方法浅析

焦红星，熊红红，张延星

（1.郑州职业技术学院，河南 郑州 450100；2.郑州升达经贸管理学院，河南 郑州 451191；3.宇通客车新能源技术部，河南 郑州 410137）

动力电池荷电状态（Stage of Charge，简称SOC）是计算电动汽车剩余续航以及预计充满时间的重要参数，是评价整车加速性能的重要指标，SOC的准确估算能有效提高动力电池组的利用效率，保证电池组寿命，是保证电池管理安全可靠的关键因素之一。同时，由于动力电池SOC的非线性，并且受到多种因素的影响，导致电池电量估计和预测方法复杂，准确估计SOC比较困难。SOC估算精度影响因素有充放电电流大小、温度、电池容量衰减、自放电、一致性等。

1 传统SOC修正方法

常用的SOC估算方法有开路电压法（0pen Circuit Voltage，OCV）、安时积分法、电池内阻法、神经网络法、扩展卡尔曼滤波法等。开路电压法简单易行，但由于不同充放电倍率时电池组电压不一致，在电流波动较大场合，这种方法失去意义，并且需要电池静置至稳定状态，不适合新能源汽车运行过程中的SOC估计。安时积分法计算方式简单，是应用最广泛的SOC估算方法，但多次循环后会出现误差积累。直流内阻的大小受计算时间段的影响，放电后期准确测量电池单体内阻比较困难。网络预测方法及卡尔曼滤波法需要大量参考数据，估计误差受训练数据和训练方法影响较大。

传统的做法是使用OCV表校准，车辆静置后单体温度变化导致查表SOC偏差较大，存在SOC值跳变的可能，间接影响剩余里程的计算，也影响用户体验。而处理SOC跳变的一般用法是固定斜率跟随校准，这种方法会引起因OCV校准后的一段充放电曲线过陡或过缓。本文在安时积分法及开路电压法基础上，根据充放电状态判断目标SOC所属区间，依据充放电区间表的目标SOC值计算跟随斜率，并根据计算得到的斜率实时控制动态曲线的斜率，进而校准SOC。

2 SOC动态修正方法

2.1 动态修正方法简介

SOC分为真实SOC、仪表显示SOC、内网SOC、重合SOC。内网SOC是带有一位小数，范围在0～100%的数值，即充放电过程中采用可变容量的安时积分法所估算的SOC。仪表显示SOC不带小数，范围在0～100%的数值，即顾客可在仪表上直观看到的剩余荷电状态。仪表显示SOC=内网SOC+0.9%后取整。SOC修正的难点在于查找相对准确的真实SOC及仪表显示SOC与真实SOC重合点。

整车上电后，BMS判断电池处于充电状态或放电状态，若为充电状态时，则真实SOC为最大单体所对应的SOC；若为放电状态时，则真实SOC为最小单体所对应的SOC。单体所对应的SOC采用表1电池包OCV开路电压表，查表可得不同温度、不同单体电压所对应的真实SOC。依据充放电区间表查找重合SOC，计算SOC修正斜率。

表1 电池包OCV开路电压表

放电公式：跟随斜率＝（重合SOC-真实SOC）/（重合SOC-显示SOC）

充电公式：跟随斜率＝（重合SOC-显示SOC）/（重合SOC-真实SOC）

依据以上公式计算跟随斜率，安时积分时结合跟随斜率加以修正。

1）放电区间表分为5个区间：①SOC＞70%，则重合点是40%；②50%

真实SOC比内网SOC高，放电时定义为减速修正；真实SOC比内网SOC低，放电时定义为加速修正。

2）充电区间表分为5个区间：①SOC＜50%，重合点是75%；②50%≤SOC<65%，重合点是80%；③65%≤SOC<75%，重合点是88%；④75%≤SOC<85%，重合点是95%；⑤85%≤SOC，重合点是100%。这里的SOC是仪表显示SOC与真实SOC相比的较大值。

真实SOC比内网SOC高，充电时定义为加速修正；真实SOC比内网SOC低，充电时定义为减速修正。

2.2 SOC动态修正实例

2.2.1 充电SOC修正

1）先将电池包放电至SOC＝0%。

2）25±2℃，以1C电流恒流充60%额定容量。

3）通过上位机修改仪表显示SOC=67%。

4）整车下电静置超过1h。

5）上电，BMS根据最高单体电压及电池平均温度，查电池包OCV开路电压表得出真实SOC=60%。

6）查看内网SOC与真实SOC的差距，参考充放电区间表，SOC落在65%≤SOC<75%，重合点是88%，在88%左右追赶上。

7）计算跟随斜率=（88-60）/（88-67），仪表SOC比真实SOC大，充电过程属于减速修正，修正斜率为0.75。即充电过程中，真实SOC变化1%，仪表SOC变化0.75%。

2.2.2 放电SOC修正

1）先将电池充满电，SOC＝100%。

2）25±2℃，以1C电流恒流放20%额定容量。

3）通过上位机修改仪表显示SOC=73%。

4）整车下电静置超过1h。

5）上电，BMS根据最高单体电压及电池平均温度，查电池包OCV开路电压表得出真实SOC=80%。

6）查看内网SOC与真实SOC的差距，参数放电区间表，SOC＞70%，将在40%左右追赶上。

7）计算跟随斜率=（40-73）/（40-80），仪表SOC比真实SOC小，放电过程属于减速修正，修正斜率为0.825。即放电过程中，真实SOC变化1%，内网SOC变化0.825%。

动态修正流程如图1所示。

图1 动态修正流程图

3 S O C动态修正问题及解决方法

动态修正，依据仪表显示与真实的差距，参考充放电区间表，确定修正，计算修正速率，修正时间较长。整车上电行驶，未修正结束车辆已下电，造成累积误差。针对此问题，设置了4种修正策略，Ah修正、瞬态修正、亚稳态修正、稳态修正。

3.1 安时（Ah）修正

动力电池高压断电，BMS休眠后静置＜1h，不满足OCV开路电压法，无法获取真实。下次开机时，根据电池平均温度对应的Ah系数（表2）进行可用容量修正，确定真实，当没有进行瞬态修正或亚稳态修正时，真实=。当进行瞬态修正或亚稳态修正时根据具体情况确定真实值。

表2 不同温度Ah系数表

真实确定方法如下：设定电池包额定容量为100Ah，放电后电池包剩余容量为70Ah，电池平均温度为10℃，则安时修正后的剩余容量为70Ah×0.9=63Ah。

3.2 瞬态修正

在每次充电后（充电上升10%），2min≤静置时间＜20minh，静置条件为分流器电流≤1.5A（电流＞1.5A持续500ms认为达到非零电流条件），根据开路电压校正表确定真实与Ah修正确定的真实相比，当-＞10%时，真实=+10%；当-＞10%时，真实=-10%；当∣-∣≤10%时，真实=。

3.3 亚稳态修正

在每次充电后（充电上升10%），20min≤静置时间＜1h，静置条件为分流器电流≤1.5A，电流＞1.5A持续500ms认为达到非零电流条件，根据开路电压校正表确定真实SOC。

3.4 稳态修正

电池下电后静置时间≥1h，静置条件为分流器电流≤1.5A，电流＞1.5A持续500ms认为达到非零电流条件，下次开机时，根据开路电压校正表确定真实。

通过《开路电压校正表》查表时，根据电池的最高单体电压V和最低单体电压V得到两个，分别为真实和真实。

4 结论

动态修正已应用到量产车型中，经过理论实验和实际测试，有效解决了跳变、修正过缓或过陡等问题。