淺析車用鋰離子動力電池SOC

為了估算鋰離子動力電池的荷電狀態(tài)（SOC）， 在對影響SOC 值的因素及傳統(tǒng)SOC 估算方法分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)實(shí)際情況，采用了一種新思路，即將電池的工作狀況分為靜止、恢復(fù)、充放電三種狀態(tài)，分別對三種狀態(tài)進(jìn)行SOC 估算。在估算過程中分散并消除影響SOC 值的因素，特別在充放電狀態(tài)下，使用了以庫侖效率因子為基礎(chǔ)的電量的動態(tài)恢復(fù)量對安時(shí)計(jì)量法進(jìn)行改進(jìn)，解決了安時(shí)計(jì)量法會產(chǎn)生累積誤差的問題。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表 明，此方法提高了電池SOC 計(jì)算的精度，達(dá)到了動力汽車的應(yīng)用要求。
　　鋰電池已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、日常生活等領(lǐng)域，對 電池荷電狀態(tài)（SOC）的估算已成為電池管理的重要環(huán)節(jié)。但是，由于電池結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電池的荷電狀態(tài)受放電電流、電池內(nèi)部溫度、自放電、老化等因素的影響， 使得SOC的估算困難。目前SOC估算方法有：開路電壓法、安時(shí)計(jì)量法、內(nèi)阻法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和 卡爾曼濾波法。國外V. Pop等人提出EMF-SOC模型［1-2］，即電池電動勢與荷電狀態(tài)的關(guān)系模型來估算SOC，相當(dāng)于開路電壓法，該方法用于電池靜置足夠長時(shí)間后進(jìn)行估 計(jì)，不能實(shí)時(shí)估計(jì)；也有人采用安時(shí)計(jì)量法或卡爾曼濾波法估計(jì)SOC，安時(shí)計(jì)量法由于電流波動較大或測量誤 差長時(shí)間積累導(dǎo)致估計(jì)不精確；卡爾曼濾波法則在建立準(zhǔn)確實(shí)用的電池動態(tài)模型上存在很大困難，為此本文根據(jù)鋰電池在應(yīng)用中的實(shí)際情況，采用了一種新思路來估 算SOC，即將電池的工作狀況分為三種狀態(tài)，對每種狀態(tài)的SOC逐一進(jìn)行估算，在估算過程中消除影響SOC的因素，且使三種狀態(tài)下SOC的值互為前提，從 而提高SOC的估算精度。
　　1、電池工作狀態(tài)及SOC估計(jì)
　　電池狀態(tài)根據(jù)實(shí)際情況可分為三種狀態(tài)，這里將其定義為靜止、恢復(fù)、充放電，它們的關(guān)系如圖1。
　　
　　圖1 電池工作狀態(tài)圖
　　1.1 靜止?fàn)顟B(tài)
　　電池的靜止?fàn)顟B(tài)是指電池工作停止后，完全恢復(fù)了的狀態(tài)，從恢復(fù)狀態(tài)轉(zhuǎn)化而來，可直接轉(zhuǎn)入充放電狀態(tài)，此狀態(tài)下SOC的計(jì)算量作為充放電狀態(tài)下SOC估算 的初始值。由于此狀態(tài)下的特點(diǎn)是電流為零、無極化現(xiàn)象，其SOC值與開路電壓有很好的對應(yīng)關(guān)系，因此能用開路電壓法直接估算電池的SOC值，電池的開路電 壓與SOC值的關(guān)系曲線如圖2。
　　
　　圖2 電池的開路電壓與SOC值的關(guān)系曲線
　　在靜止?fàn)顟B(tài)下，電池容量主要受自放電現(xiàn)象的影響使得電池電量會隨著時(shí)間的增加而減少，而用開路電壓與SOC值的對應(yīng)關(guān)系來估算SOC，本身就可以消除自放電引起的電量損失的影響，從而能使SOC值更加準(zhǔn)確地反映電池的狀態(tài)。
　　1.2 恢復(fù)狀態(tài)
　　恢復(fù)狀態(tài)是指電池從放電或充電狀態(tài)轉(zhuǎn)到靜止?fàn)顟B(tài)的過渡階段。一般這個(gè)階段經(jīng)歷的時(shí)間為8h（此值為經(jīng)驗(yàn)值），此狀態(tài)下SOC的計(jì)算量作為充放電狀態(tài)下 SOC估算的初始值，這時(shí)的SOC估算主要考慮放電或充電結(jié)束后電池電量的改變量。從放電或充電狀態(tài)進(jìn)入恢復(fù)狀態(tài)后電池電量會隨時(shí)間增加而有所增加，其變 化的原因是在放電或充電過程中電池內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，部分電量沒有用于實(shí)際的充放電中而是慢慢累積起來，當(dāng)電池停止工作后極化現(xiàn)象會慢慢消失，累積的電量 也會恢復(fù)。