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动力电池SOC和SOH估计.docx
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更新于2023-03-16
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动力电池SOC和SOH估计是动力电池管理系统的核心功能之一,精确的SOC和SOH估计可以保障动力电池系统安全可靠地工作,优化动力电池系统,并为电动汽车的能量管理和安全管理等提供依据。然而,动力电池具有可测参数量有限且特性耦合、即用即衰、强时变、非线性等特征,车载环境应用又面临串并联成组非均一复杂系统、全工况(宽倍率充放电)、全气候(-30~45℃温度范围)应用需求,高精度、强鲁棒性的动力电池SOC和SOH估计极具挑战,一直是行业技术攻关的难点和国际学术界研究的前沿热点。本章将系统阐述动力电池SOC和SOH估计的基础理论和应用,并讨论静态容量已知和动态容量在线估计条件下动力电池SOC估计性能,以及SOH与SOC协同估计的必要性,并提供以便BMS现实应用的详细算法流程。
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动力电池 SOC 和 SOH 估计
动力电池 SOC 和 SOH 估计是动力电池管理系统的核心功
能之一,精确的 SOC 和 SOH 估计可以保障动力电池系统安
全可靠地工作,优化动力电池系统,并为电动汽车的能量管理
和安全管理等提供依据。然而,动力电池具有可测参数量有限
且特性耦合、即用即衰、强时变、非线性等特征,车载环境应
用又面临串并联成组非均一复杂系统、全工况(宽倍率充放电)、
全气候(-30~45℃温度范围)应用需求,高精度、强鲁棒性的
动力电池 SOC 和 SOH 估计极具挑战,一直是行业技术攻关
的难点和国际学术界研究的前沿热点。本章将系统阐述动力电
池 SOC 和 SOH 估计的基础理论和应用,并讨论静态容量已
知和动态容量在线估计条件下动力电池 SOC 估计性能,以及
SOH 与 SOC 协同估计的必要性,并提供以便 BMS 现实应用
的详细算法流程。
4.1 SOC 估计
新能源汽车动力电池的 SOC 相当于普通燃油汽车的油表,
SOC 作为能量管理的重要决策因素之一,对于优化整车能量
管理、提高动力电池容量和能量利用率、防止动力电池过充电
和过放电、保障动力电池在使用过程中的安全性和长寿命等起
着重要作用。本节将详细阐述动力电池静态容量已知情况下的
SOC 估计方法。
4.1.1 SOC 估计分类
动力电池结构复杂,电化学反应过程和反应阶段复杂且难
以确定,而且车载工况恶劣、多变,作为隐性状态量的 SOC
精确值难以得到,常见的动力电池 SOC 估计方法大致可分为
四类:基于表征参数的方法、安时积分法、基于模型的方法以
及基于数据驱动的方法,如图 4-1 所示。
图 4-1 SOC 估计方法的分类
1.基于表征参数的方法
该方法主要分为两步:
① 建立动力电池表征参数与 SOC 的离线关系。
② 实时计算动力电池表征参数值,并以之标定动力电池
SOC。
该方法的应用需满足两个前提:所建立表征参数与 SOC 的
离线关系应该相对稳定,所选表征参数应该是易获取的。可选
表征参数包括当前剩余容量、阻抗谱、OCV 等。
当前剩余容量可通过放电实验法得到,该方法被认为是确
定动力电池 SOC 最为直接的方法。但是新能源汽车在运行中
难以进行长时间的恒流放电来确定剩余容量,使得该方法仅适
用于实验室等特定环境。基于阻抗谱的方法则需要借助电化学
工作站来测试动力电池不同 SOC 值的阻抗,并制定 SOC 和参
数的映射关系,进而采用查表的方式完成 SOC 的标定。相对
稳定的 OCV-SOC 关系常被工业界用来标定动力电池 SOC,
大量的 BMS 产品也使用这一关系来标定动力电池初始 SOC,
但 OCV 的准确直接测量要求动力电池静置足够长的时间,因
而在实际中往往需要与 OCV 在线辨识方法结合使用。
2.安时积分法
该方法又称为库仑计数法,即利用 SOC 定义估计动力电池
SOC:
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